三棱柱阻流体无阀压电泵流量特性试验

为了提高无阀压电泵的输出流量,分析泵中无移动部件(三棱柱组)参数对泵输出流量的影响规律,改进设计了5组三棱柱阻流体无阀压电泵,并分别对其进行了流量试验。首先,分析了该压电泵的结构和工作原理;其次,建立了压电泵的流量计算公式,得到了泵输出流量与三棱柱组主要参数的关系表达式,利用MATLAB软件绘制了三棱柱正反向流阻比、三棱柱个数与泵输出流量的关系曲线;最后,利用3D打印技术实际制作了5组三棱柱阻流体无阀压电泵,并对其进行了流量试验。试验结果表明:在驱动电压和驱动频率不变的条件下,三棱柱组参数对泵的输出流量有较大的影响,其中,泵输出流量随三棱柱个数、高度的增加而增大,随三棱柱与泵腔壁的间隙及三棱柱顶角的增大而减小;另外,泵的输出流量随相邻三棱柱间距的增大而增大,当间距增加到一定值后,泵的输出流量不再继续增大,反而会减小,其值接近于某一定值。     

流量放大器敏感结构参数对其动特性影响的研究

研究了流量放大器的数学模型,着重分析了流量放大器敏感结构参数──放大倍数N、主阀口HP的容积VHP、阀口重叠量x0、液压阻尼R1和R2等对其动特性的影响,最后提出了对流量放大器动特性的改进措施。     

流线形流管无阀压电泵的仿真与实验

基于现有无阀压电泵输送活体细胞或者长链功能性高分子时依然存在输送破坏与缠绕失性等缺点,提出了一种流线形流管无阀压电泵,研究了4组不同角度的流线形流管无阀压电泵的输出性能.首先,阐述了泵的结构及工作原理,建立泵的流量表达式;其次,采用Fluent流体分析软件对β角度分别为10°,15°,20°和25°的流管组成的无阀压电...     

细胞或高分子输送用"Y"形流管无阀压电泵的工作原理及流量特性

在泵腔上安装两支互为倒置的具有一定夹角的三通流管,组成泵腔的流入、排出口,并与压电振子、泵体及其他部件共同构成了"Y"形流管无阀压电泵.该泵无自身化学污染源及电磁污染源,也没有阀的开启过程;同时,具有极大的可微小化和集成化的结构能力;而且,在流管内产生的漩涡相对较小,有利于输送活体细胞及长链高分子.提出新型"Y"形流管无阀压电泵的结构.基于有限体积法,分别模拟锥形流管与"Y"形流管中的压力分布与速度矢量分布,证明"Y"形流管中的漩涡远小于圆锥流管中的漩涡,速度、压力的变化也较圆锥流管低.通过具体分析压电振子的振动,建立泵容积变化方程;同时建立泵流量与压电振子频率之间的关系式.最后,通过对所研究的"Y"形流管无阀压电泵进行流量试验后证明"Y"形流管无阀压电泵具有泵特性,进而证明了上述理论模型的正确性.     

螺旋线形阀压电泵的理论与试验研究*

有阀压电泵在精细化工、MEMS、生物医学工程等领域具有重大应用前景。为了克服有阀压电泵结构复杂、跟从与截止性差、成本高等缺点,设计一种异形拟悬臂梁结构的螺旋线形弹性固支阀,其螺旋臂长是简单悬臂梁阀的数倍,工作时开启度大,且因其螺旋线形弹性结构,阀体不仅可以上下回位,左右也具有对中功能,并把这种阀安装在有阀压电泵的泵腔内形成螺旋线形阀压电泵。在深入分析有阀压电泵优缺点的基础上分析螺旋线形阀压电泵的工作原理,依照泵内部能量传递的路径建立压电驱动(电压、频率)为输入与泵流动(流量、压差)为输出之间的关系式,加工试验样机,并进行性能测试试验,螺旋线形阀压电泵具有泵功能,证明了其有效性和理论分析的正确性。试验结果表明：随着驱动电压的增大,泵的输出流量和压差呈上升趋势,这个结果与Matlab数值仿真计算结果趋势一致。在电压为220 V、频率为30 Hz时,得到仿真流量41.26 mL/min,实际试验流量为10.2 mL/min,误差75.3%;在电压为220 V、频率为20 Hz时,得到仿真流量27.51 mL/min,实际试验流量为22.8 mL/min,误差17.2%。     

整体开启阀与悬臂梁阀压电泵性能研究

设计了两种形式的被动截止薄膜阀一整体开启阀与悬臂梁阀,对两种形式阀的过流特性进行了理论分析,并应用两种形式的阀体制成了双腔串联压电泵的样机.对样机的实验测试表明,整体开启阀压电泵的自吸能力和输出流量都要好于悬臂梁阀压电泵.在200V交流电压驱动下,前者的最大自吸高度和输出流量分别为430 mm水柱和972 ml/min,而后者为410 mm水柱和480 ml/min.     

"Y"形流管无阀压电泵振动分析及泵流量计算

为了解决医疗、卫生、保健领域进行细胞或高分子等输送工作的需要,研制了一种新型的压电泵——"Y"形流管无阀压电泵,并对其压电振子振动特性及泵流量计算进行了研究。介绍了"Y"形流管无阀压电泵及其流管的结构和特点;基于圆形薄板弯曲振动理论对压电振子振动进行了理论分析;然后讨论了泵及其流管内流体的流动特性,建立了泵流量方程。最后,基于有限元法对流管内流体流动状态进行了模拟,得到了正反流压强变化规律及正反流流阻。实验结果表明:理论泵流量与实验泵流量变化趋势一致,且两者最小相对误差为12%,证明了理论分析与数值模拟的有效性和正确性。     

对称螺旋线形阀压电泵的研究

为克服单臂螺旋线形阀压电泵单臂阀运行时侧向力造成的阀体在开启与关闭中倾斜而产生的负面影响,有效地发挥螺旋线形阀压电泵阀体慢开启、快关闭的优势,首先,构造了悬臂固支旋转对称双臂阀体结构,并针对该阀体设计了对称螺旋线形阀压电泵;然后,进行了悬臂固支旋转对称双臂阀体的力学分析,并据此进行了泵流量关系式的解析;最后,利用实际样机进行了单臂阀与旋转对称双臂阀的阀参数对泵参数影响的试验研究。试验结果表明:在输入电压为220 V、频率为10 Hz时,旋转对称双臂阀的臂宽为0.3 mm时的泵流量最高,达到124.2ml/min;旋转对称双臂阀泵比单臂阀泵流量提高1.25~2.84倍;对称阀的进出口阀臂宽不同时的泵流量大于阀臂宽相同时的泵流量,且进口阀臂宽大出口阀臂宽小时的泵流量大于进口阀臂宽小出口阀臂宽大时的泵流量。     

半柔性阀压电泵理论与实验

根据静脉瓣结构形式,设计了一种半柔性阀压电泵。首先,介绍了半柔性阀压电泵的结构及工作原理;其次,对阀体进行了理论分析;最后,加工了实验样机,对样机进行性能测试实验。实验结果表明:在驱动电压为220V、频率为7Hz时,半柔性阀压电泵的进出口压差可达到199mm;在驱动电压为220V、频率为11Hz时,半柔性阀压电泵的实验流量为44.5ml/min。随着驱动电压的升高,工作频率与流量出现单峰与双峰的现象。该研究证明了半柔性阀压电泵具有泵的功能并可以实现有阀和无阀状态,验证了其有效性和理论分析的正确性。     

压电泵立体阻网法的研究

倍受关注的属于自身无化学污染源及无电磁污染源的容积型有阀压电泵工作时,将发生气穴现象,而且由气穴演化成的气泡将会从泵内流出。气穴的发生将产生噪声并缩短泵的寿命。流出的气泡也严重地影响到了它在医疗、卫生、保健等与输液、输血有关领域的应用。为此开发了一种立体阻网法。通过试验证明了立体阻网法有效地控制气穴的产生和消除气泡的流出,同时有效地抑制了噪声输出。从理论与试验两方面,分析讨论了填充阻网后,阻网层数、驱动频率与泵流量的关系。     

双腔串联两阀与三阀压电泵的性能研究

研究了双腔串联两阀压电泵与三阀压电泵的输出性能,分析了这两种泵的结构和工作原理,理论分析得出:三阀泵输出性能优于两阀泵。设计制作了两阀泵与三阀泵实验样机,并通过实验测试证明了理论分析的正确性。分别对两阀泵和三阀泵进口腔和出口腔独立工作时流量输出进行了实验测试,并把进口腔和出口腔独立工作时输出流量相加之和,与两腔一起交叉工作时进行了比较。实验测试表明:两阀泵和三阀泵样机在200 V交流驱动电压下,最大输出流量分别 为972 ml/min和1 035 ml/min,最大输出压力分别为28.7 kPa和40 kPa,最大自吸高度分别为0.41 m和0.43 m水柱高。     

双腔薄膜阀压电泵的实验研究

实验研究了理论所不能解释的多种因素对双腔压电泵输出流量的影响规律。选取了一种高效的橡胶薄膜阀片,设计并制作了具有较高输出能力的双腔泵样机。120 V交流信号下,双腔串联压电泵最佳工作频率为180 Hz,输出参数为520 ml/min、22 kPa;双腔并联压电泵最佳工作频率为420 Hz,输出参数为980 ml/min、28 kPa。通过实验确定了双腔压电泵的最佳腔体高度及双腔串联、并联压电泵压电片的最佳驱动方式。     

悬臂梁阀单腔压电泵设计方法研究

给出了悬臂梁阀单腔压电泵的理论分析,根据压电振子与流体耦合的理论,建立了压电泵系统的动态模型.分析了流体质量、输出压力和系统阻尼对压电泵最佳工作频率的影响,认为减小腔体高度可以提高压电泵的最佳工作频率,提高压电泵的稳定性.通过分析压电振子结构参数对变形量的影响规律,确定了振子的最佳结构参数,认为压电陶瓷层与金属基板厚度比取0.45～0.55,直径比取0.8～0.9最佳.研究了压电泵出流形式对压电泵输出能力的影响,认为轴後向出流有利于提高压电泵的输出能力.     

"Y"形流管无阀压电泵流量及流管流阻特性分析

目前已有无阀压电泵所采用的无移动部件阀要么结构复杂,要么会产生速度、压强变化显著的湍流流场,不利于应用在医疗、卫生、保健等领域进行活体细胞或长链高分子细胞的输送.针对这些问题,研制一种新型无阀压电泵--"Y"形流管无阀压电泵,并对其进行模拟及试验研究.结合医疗领域输血、输液工作的需要,分析当前几种典型无移动部件阀的优缺点,并介绍"Y"形流管无阀压电泵及其流管的特点.对"Y"形流管无阀压电泵进行理论分析,建立泵流量计算公式.基于有限元法对"Y"形流管内流体流动状态进行模拟,得到"Y"形流管内正反流压强变化规律及内部涡旋较锥形流管内涡旋小的结论,并计算得到"Y"形流管正反向流阻.对"Y"形流管无阀压电泵进行理论与试验流量的比较分析,结果表明,理论泵流量与试验泵流量的最小与最大相对误差分别为7%、13%,也证明了理论分析与数值模拟是正确的.     

压电泵的驱动电路设计与特性研究

介绍了压电泵的分类与工作原理。根据压电泵的工作原理,设计了两种不同类型的驱动电路,并对驱动电路进行了改进,以减少能量损耗。基于驱动电路,对压电泵的特性进行了试验,介绍了试验方法,并对试验结果进行了分析。     

钹型开槽式阀压电泵的设计

由于有阀压电泵内部阀体所受应力过大易导致阀体失效,本文提出了钹型开槽式截止阀来减小有阀压电泵内部阀体所受应力。基于钹型开槽式截止阀设计了有阀压电泵,分析了钹型开槽式阀压电泵的工作原理。对钹型开槽膜片进行了受力分析,研究了该压电泵的输出性能及耦合作用下的膜片应力。加工制作了钹型开槽式阀压电泵样机,建立了钹型开槽式阀压电泵的有限元模型,数值计算了流固耦合作用下的阀体应力值。计算结果表明:在压电泵正常输出的驱动频率范围内,当驱动频率为418Hz时,膜片所受应力的计算值也达到最大,为81.74 MPa。最后,进行了压电泵性能试验。试验结果显示:该压电泵的输出流量最大值和振子振幅最大值均出现在低频段;当驱动电压为160V,驱动频率为5Hz时,输出流量达到最大,为6.6g/min;驱动频率为4Hz时,压电振子振幅达到最大,为165.8μm。文中的研究验证了钹型开槽式阀体压电泵的有效性,并得出当钹型开槽式阀压电泵工作在低频段时,阀门所受应力远小于高频段时阀门的应力值。     

单振子双腔体无阀压电泵结构设计与机理分析

提出了一种单振子双腔体无阀压电泵,应用小挠度弹性弯曲理论导出了圆形复合压电振子的弹性曲面微分方程,分析了采用一个压电振子形成两个工作腔体压电泵的结构和工作机理,并与单振子单腔体压电泵对比分析了该结构与输出流量的关系。设计研制了结构独特、输出性能更高的单振子双腔体无阀压电泵,通过试验表明:单振子双腔体无阀压电泵比单振子单腔体无阀压电泵输出流量有明显提高。     

无阀压电泵的流固耦合仿真及试验验证

提出利用结构分析软件ANSYS和流体分析软件ANSYS CFX对无阀压电泵进行流固耦合仿真分析,以研究无阀压电泵的输出性能。分别对进口在中间出口在一侧、出口在中间进口在一侧、进出口对称布置的3种不同结构形式的无阀压电泵进行了流固耦合仿真分析。结果显示,上述3种无阀压电泵中,出口在中间进口在一侧结构形式的无阀压电泵的宏观输出流量最大。制作了3种无阀压电泵的试验样机,并搭建了相应的试验测试系统,在幅值为45 V、频率为0~700Hz的正弦信号激励下对其输出流量进行了测试。结果表明,3种不同结构形式的无阀压电泵的最大输出流量分别为3.8、6.0和4.0ml/min,出口在中间进口在一侧的压电泵输出流量最大,与流固耦合仿真分析的结果相吻合,验证了本文提出的流固耦合仿真分析的方法可以指导压电泵的设计。     

非对称坡面腔底无阀压电泵流场分析

无阀压电泵需要外接用于产生单向流动流管,阻碍了压电泵的微小型化,针对这一缺点提出了非对称坡面腔底无阀压电泵,该压电泵将用于产生单向流动的部件——非对称坡面集成于泵腔的底部。对非对称坡面腔底无阀压电泵进行了计算机建模,基于商用Fluent12软件运用自定义函数(user defined functions,简称UDF)对压电振子运动形式进行了模拟;采用RNGκ-ε湍流模型对瞬态N-S方程进行了求解,分析了泵腔内流场;得出了从20°到70°不同坡面角度下的平均流量,在坡面角为20°时,可以得到最大平均流量为0.864 ml/min,并通过流量测量试验测得该泵的最大流量达到了8.6 ml/min。从仿真和试验的角度验证了该泵的可行性。     

无阀气体压电泵仿真分析与实验

为了提高微型泵输出流量以及获得连续出流能力,设计了一种基于合成射流原理的无阀气体压电泵。首先,分析了压电气泵的工作原理,测试了压电振子的振幅;其次,利用CFX软件对无阀气泵进行仿真分析,得到压电气泵在0T,1/4T,2/4T和3/4T时刻的气体流速分布,以及容腔高度、泵腔高度、射流孔直径和出口直径对气泵流量的影响规律;最后,制作了无阀气体压电泵的实验样机。测试结果表明,当无阀压电气泵在驱动电压为120V、驱动频率为400Hz、容腔高度为0.1mm、泵腔高度为1.4mm、射流孔直径为1.3mm和出口直径为2mm时,泵输出气体流量为1800ml/min左右,实验与仿真分析基本吻合。该气泵能输出较大气体流量并具有连续出流的能力。