非对称锥形管无阀压电泵的研究

发布时间：2017-04-26 06:17

  本文关键词：非对称锥形管无阀压电泵的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压电泵是采用压电材料作为驱动元件的一种新型流体传送装置。它具有结构简单紧凑、易于微型化等特点,其应用遍及医疗护理、化学分析、生物工程、机器人、航空航天器以及各种微型机械领域。本文研究的锥形管无阀压电泵是采用一对收缩管／扩张管与压电振子共同作用实现流体单向输送的。这种压电泵没有可动阀体,结构更加简单,工作频率较高,特别适用于输送含有悬浮颗粒的混合物流体,这使得压电泵可以应用于一些特殊场合流体的输送。但是存在输出流量小,输出压力低的问题。本文在传统的锥形管无阀压电泵的基础上,提出了在泵腔两端配置不同角度锥形管的无阀压电泵,简称为非对称锥形管无阀压电泵,有效地提升了锥形管无阀压电泵的输出性能,为无阀压电泵的进一步研究与发展提供一些理论基础和试验依据。本文主要从以下几个方面进行了研究： 1、分析了压电泵的主要驱动元件—圆形复合压电振子的工作原理与振动模式。通过对泵用圆形压电振子在各种驱动条件下进行变形测试,研究了压电振子在不同工况下的变形规律,为压电泵的设计、制作,以及试验中驱动信号的合理选择提供了依据。 2、基于流体力学的基本原理,为了对锥形管无阀压电泵的工作机理进行研究,首先讨论了管中液体的流动特性,随后推导了无阀泵的流量及效率的计算方法。结论得出收缩管／扩张管流动阻力系数的比值是决定无阀压电泵输出性能的重要因素。由此提出了非对称锥形管无阀压电泵的设计思想。 3、建立了非对称锥形管无阀压电泵的三维几何模型,在ICEM CFD软件中对其进行网格划分,利用ANSYS CFX流体仿真软件对锥形管无阀泵内流体的流动进行了动态模拟。经过仿真分析,得到了一个周期内锥形管无阀泵泵腔内流场压强的分布云图、速度矢量分布图以及收缩管与扩张管管口瞬时流量随时间的变化曲线。通过对不同结构参数的非对称锥形管无阀泵进行模拟仿真分析,获得了非对称锥形管的锥角比例、流管长度以及小端口尺寸等结构参数对非对称锥形管无阀压电泵输出性能的影响规律。 4、根据试验方案设计并加工、制作了传统的锥形管无阀压电泵样机和非对称锥形管无阀压电泵样机。通过试验测试了不同结构参数下无阀压电泵的输出流量。分析试验测试结果,得出输出流量与不同结构参数之间的规律曲线。将试验结果进行对比分析,验证了非对称锥形管无阀压电泵设计思想的可行性。
【关键词】：非对称锥角 无阀压电泵 收缩管/扩张管 仿真分析 试验验证
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 压电泵的研究现状12-18
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15-18
• 1.3 本文研究的主要内容18-20
• 2 圆形压电振子的振动特性分析20-31
• 2.1 压电材料及压电效应20-23
• 2.1.1 压电效应20-21
• 2.1.2 压电材料21-23
• 2.2 压电振子的振动分析23-26
• 2.2.1 压电材料的参数23-24
• 2.2.2 压电方程24-25
• 2.2.3 压电振子的振动模态25-26
• 2.3 圆形压电振子的测试研究26-30
• 2.3.1 试验设备26-27
• 2.3.2 不同波形驱动电压对压电振子变形量影响27-28
• 2.3.3 压电振子中心点振幅随频率的响应曲线28-29
• 2.3.4 压电振子径向切面变形曲线测试及泵腔体积变化量的计算29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 锥形管无阀压电泵的工作原理31-41
• 3.1 锥形管中流体的流动特性分析31-36
• 3.1.1 管中流体的层流与紊流31-33
• 3.1.2 管中流体的流动阻力33-34
• 3.1.3 锥形管中流体的流动分析34-36
• 3.2 锥形管无阀压电泵的工作机理36-39
• 3.2.1 无阀泵的工作过程36-37
• 3.2.2 无阀压电泵的流量及效率公式37-38
• 3.2.3 无阀压电泵的效率与锥角的关系38-39
• 3.3 非对称锥形管无阀压电泵的提出39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 非对称锥形管无阀压电泵的仿真分析41-57
• 4.1 ANSYS-CFX简介41-42
• 4.1.1 CFX的基本结构和功能41-42
• 4.1.2 CFX求解问题的步骤42
• 4.2 非对称锥形管无阀压电泵仿真模型的建立及网格划分42-46
• 4.2.1 几何模型的建立43
• 4.2.2 网格划分43-46
• 4.3 ANSYS CFX中锥形管无阀泵仿真模型的设定46-48
• 4.3.1 流体物理性质及模拟类型46-47
• 4.3.2 边界条件及初始条件的设定47-48
• 4.3.3 求解及输出控制48
• 4.4 非对称锥形管无阀压电泵的流场仿真分析48-55
• 4.4.1 锥形管无阀泵腔内压强、管口流速与瞬时流量的周期性变化49-53
• 4.4.2 不同锥角比例的无阀压电泵的仿真分析53-54
• 4.4.3 不同长度流管的无阀压电泵的仿真分析54-55
• 4.4.4 不同最小口径的无阀压电泵腔的仿真分析55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 非对称锥形管无阀压电泵的试验研究57-69
• 5.1 非对称锥形管无阀压电泵泵腔结构设计及试验设备57-59
• 5.1.1 非对称锥形管无阀压电泵结构设计57-58
• 5.1.2 试验设备58-59
• 5.2 试验测试59-68
• 5.2.1 锥角比例变化对无阀压电泵输出性能的影响59-64
• 5.2.2 锥形流管的长度变化对无阀泵输出性能的影响64-67
• 5.2.3 锥形流管小端口尺寸变化对无阀泵输出性能的影响67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 6 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 梁莉;马旭;张铁民;;圆环型压电蠕动泵的结构设计与仿真[J];农业工程学报;2012年11期

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本文编号：327915