双入口压电泵的流体混合仿真分析与验证

为简化微流体混合器的结构,在单腔体有阀压电泵的基础上,设计了一种新型的双入口压电泵。对双入口压电泵的结构及工作过程进行了分析,得出双入口压电泵可以实现两种流体的主动混合。为进一步研究双入口压电泵在进行流体混合时的混合形态,利用Fluent软件,对双入口压电泵工作过程中,泵腔内的流场形态进行模拟仿真,得出结论:双入口压电泵工作时,两个入口吸入的流体在泵腔内不发生混合,在出口单向阀处混合后输出。为验证仿真结果,对双入口压电泵进行流体混合试验测试,测试结果表明:双入口压电泵在工作时,泵腔内两种流体的交界面清晰,并不进行混合,在出口处混合后输出,与仿真结果一致。进一步测试了在不同驱动频率下,双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比,得出结论:双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比随着驱动频率的变化而发生变化,可以通过调节双入口压电泵的驱动频率来控制混合后流体的性质。     

两腔体串联压电驱动微型泵的输出特性

介绍了一种新的双压电振子驱动的两腔三阀串联压电泵 (以下简称两腔串联压电泵 )的结构和工作原理 .利用厚度 0 18mm、直径 30mm的压电薄膜制作了尺寸为38mm× 3 5mm的两腔体串联压电泵 ,并以水为介质测试了压电泵的输出性能 .实验结果表明 ,在工作电压和频率相同的情况下 ,由两个性能相同腔体构成的串联压电泵的输出压力等于单个腔体独立工作输出压力的 2倍 ,输出流量等于单个腔体独立工作输出流量的 1 4～ 2 0倍 ,与理论分析的结果一致 .实验测得两腔体串联压电泵的最大流量和压力分别为 11 75ml/min(驱动电压 70V、频率为 5 0Hz)和 2 1 9kPa(驱动电压 70V、频率为 2 0Hz)     

双晶片两主动阀式压电泵的设计及试验

以双晶片压电振子为驱动元件,研制了两主动阀式压电泵。结合该泵的机械结构,详细分析了主动阀压电泵的作用机理。根据双晶片压电振子式主动阀压电泵对驱动信号的要求,搭建了两主动阀式压电泵的试验测试控制系统。最后对主动阀泵进行了性能测试和试验研究。结果表明,在电信号频率为40 Hz时,泵的正向最大输出流量为180 ml/min,反向最大输出流量为170 ml/min,正向最大输出压力为6 kPa。     

电磁驱动主动阀压电泵的设计及其性能

提出并设计了一种新型的主动阀压电泵。与被动阀压电泵通过流体流动开启阀片方式不同,该泵通过电磁驱动方式控制压电泵的进出口阀的开启、关闭,从而降低了阀在开启、关闭时压电泵腔内流体的能量损失。同时可以根据压电泵工作性能的需要,通过调整控制信号的占空比和相位控制阀的开启、关闭时间,这不仅可实现单一机械结构下对液体泵送方向的主动控制,而且对于流体的流量也可进行控制,为提高压电泵的性能提供了一种新的手段。试验表明:该泵在30 Hz的条件下工作时,最大输出流量为160 mL/min。     

流量最佳频率为50 Hz的压电泵特性

设计了输出流量最佳频率为50 Hz的压电泵。测定了压电泵的进出口布置方式、进出水管管径、密封圈布置方式、腔体高度对压电泵流量最佳频率的影响规律。所设计的压电泵可直接利用日常照明电驱动,可通过电阻分压的方法实现压电泵的流量调节。试验结果表明:以水为工作介质,该压电泵在通用的50 Hz、220 V正弦交流电压驱动下工作性能稳定;流量可达到600 mL/min;省去了特制电源,从而大大降低了成本,具有较好的应用前景。     

单腔单阀压电喷流泵

根据压电泵的工作原理开发了一种适用于喷流推进的压电泵.通过分析这种压电泵在一个周期内的工作状态及喷嘴直径对喷射高度的影响,制成了单腔、单阀结构的试验样机,并以水为介质测试了输出性能.实验结果表明:在200 V正弦电压作用下,样机工作频率为45 Hz时流量最大,达425 ml/min;工作频率为75 Hz时输出压力最高,为22 kPa,此时最大喷射高度可达105 cm.压电喷流泵以简单的结构实现了较高的压力输出,证明将其用作喷流推进是可行的.     

双作用压电薄膜泵

对单振子、双腔、四阀双作用压电薄膜泵的输出特性进行了研究,解释了该种压电薄膜泵的结构和工作原理.以有机玻璃为原材料加工制作了试验样机,并以水为介质测试了振子工作晶片的数量以及单、双腔工作对压电泵输出流量的影响规律,分析了增频后双作用泵输出性能不如单作用泵的原因.通过对双作用压电薄膜泵的输出流量和压力的测试得出:当双作用泵工作频率低于40Hz时,其输出流量优于单作用泵,能够提高机械转化效率;工作过程无脉动现象;在100V正弦交流信号输入下,它的最佳工作频率为20Hz,输出流量为785mL/min,输出压力为14kPa.所得到的试验结果为有阀压电薄膜泵的设计和开发奠定了基础.     

带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵

阐述了带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵的工作原理并给出结构设计。对整体开启阀的过流特性进行了理论推导,定性分析了影响其过流性能的因素,并用实验加以证明。对影响压电泵性能的因素,如腔体高度、阀的结构、阀的滞后性、空穴现象等进行了理论分析与实验测试,得出了其对压电泵输出性能的影响规律。所设计带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵样机具有自吸性,通过调整输入电压和频率可控制泵的流量与压力输出,工作性能稳定。在输入电压为200 V、工作频率为250 Hz左右时,最大输出流量和压力可分别达到950 mL/m in和75 kPa,自吸高度为0.285 m。     

压电泵在喷墨打印机连供系统上应用研究

为解决带有连供系统的喷墨打印机内置墨盒中的墨水向外置墨盒回流及打印机长期不用墨水干燥阻塞管路问题,将微型有阀压电泵安装在连供系统的管路中,并对压电泵进行了性能测试.测试结果显示:在连供装置的管路中压电泵最大输出流量可达8 m L/min-1,最大输出压力可达11 k Pa;压电泵出口反向截止压力为65 cm H_2O,最小自吸高度可达70 cm H_2O.以上测试数据结果表明,所设计的压电泵结构尺寸小,性能好,安装后可完全解决连供系统存在的问题.     

矩形压电振子式主动阀压电泵的设计及其性能

根据压电泵的工作原理,基于两端夹持式主动阀开发了矩形压电振子式主动阀压电泵,对其结构及工作原理进行了说明。计算了其理论流量,剖析了流量的影响因素。通过试验研究得出:泵在工作时阀腔压电振子与泵腔压电振子之间的最佳相位差是70°和250°。测试了阀腔压电振子在不同电压、频率驱动信号作用下压电泵的输出特性。同时,对主动阀压电泵的双向泵送能力进行了比较分析。实验结果表明:与正弦波相比,方波作为矩形压电振子主动阀的控制信号时,流量相对比较大。频率为70Hz时,最大流量为140mL/min;在高频情况下,矩形压电双晶片式主动阀压电泵的流量保持较好,圆形压电振子式主动阀压电泵的流量下降明显。     

高压无气喷涂扇形喷嘴内部流场数值模拟

采用Fluent软件提供的Lamina层流模型对相同出口结构、不同入口结构的扇形喷嘴内部流场进行数值模拟,并分析比较了不同入口结构流体的压力梯度及速度变化情况,以及出口射流速度及流量大小。研究结果表明:入口结构变化越剧烈,流场的压力梯度和速度变化越大,结构变化越平缓,压力和速度变化越平缓;出口圆柱段对射流速度的影响不大;平行形入口结构的射流速度最大,平顶形与锥形入口结构次之;新设计的具有平缓收缩功能的维多辛斯基腔体的出口速度最大,且出口流量远大于其余3种腔体,平行形入口结构流量最小。     

微流量传感器及其在压电泵闭环控制中的应用

在现有压电泵研制基础上,开发了一种基于压差原理的微流量传感器并将其集成到压电泵闭环控制系统中,实现了压电泵输出试剂体积精确闭环控制.通过理论计算,指出了传感器的设计原理和传感器芯片设计原则,进而完成了传感器的封装;为方便观察传感器检测的流量信号,设计了传感器信号的显示模块;通过实验实现了传感器信号的标定和性能的测试;最后搭建压电泵闭环控制系统,并引入了模糊P ID控制算法进行精确体积试剂分配控制,通过试剂分配测试实验表明,当期望分配体积100μL时该系统试剂分配偏差小于0.1μL,具有较好的精度.     

压电薄膜泵驱动的新型直线马达

提出了一种由压电薄膜泵和液压缸构成的新型直线马达(简称压电液压马达)。介绍了其结构和工作原理,并进行了性能分析与测试。利用尺寸为35 mm×1 mm的薄膜型压电振子制作了两腔体串联压电泵,并与直径15 mm、有效行程100 mm的液压缸进行了联机试验。研究结果表明,在驱动频率一定,驱动电压超过100 V时,驱动力与速度随电压的提高线性增加。在驱动电压为140 V、工作频率为70 Hz的条件下,获得压电液压马达的最大速度和推力分别为14.5 mm/s和17.8 N,最大输出功率为63.5 mW。     

基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器

为改善微尺度下流体的混合效果,提高微混合器的混合效率,设计制造了一种基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器。该微混合器以双腔串联压电泵为驱动源,结合Y型多拐角螺旋式三维流道,基于PMMA封装键合工艺,在一定温度、压力条件下键合而成。应用CAE软件对结构进行了仿真优化设计,优选出最佳结构参数,最终确定外形尺寸为50mm×35mm×7.2mm。在实验室内进行了脉动和混合效果实验,实验结果表明:当频率为50Hz,输出流量约为1mL/min时,流道内脉动效果明显;压电微泵脉动混合技术和多拐角流道结构促进微流体混合,是一种融合了主、被动混合器特点的新型微混合技术。     

PDMS压电微泵设计与实验

以固态聚二甲基硅氧烷(PDMS)为泵体材料,设计了压电振子的支承方式,采用双腔串联结构,由PDMS双腔串联压电泵驱动。分别用蒸馏水、柠檬酸钠溶液、氯金酸溶液3种流体测试了PDMS压电微泵的工作性能,证明该电泵不仅能够输送低粘度液体(如水),对于粘度较高的流体(如一些化学反应溶液)也具有较好的输送性能。     

一种用于模拟低气压放电的试验腔体试制研究

为研究低气压长空气间隙交流放电特性以及突破钢制腔体尺寸对放电间隙长度的限制,试制了以聚丙烯材质为主体的低气压放电试验腔体,并利用试验平台对其气密性和放电性能进行测试。结果表明:试制的试验腔体在25~900 Pa气压范围内最大压升率小于0.1 Pa/s,有效放电间隙长度超过腔体半径并达到600mm,气密性和放电性能均能够很好地满足低气压长间隙交流放电试验的需求。研究成果对研究低气压下长间隙放电特性、搭建低气压放电试验平台以及改善腔体放电性能具有参考价值。     

Y型微混合器结构与工作参数在两相脉动混合中的优化

为提高微尺度下不同反应物的混合效率,针对Y型脉动微混合器结构与工作参数对其混合性能的影响展开优化研究。采用仿真分析对微混合器流道截面尺寸、入口夹角、入口流量及脉动频率进行了优化分析,优选出最佳结构和工作参数,并以此制作试验用系统样机;利用化学反应探针法,通过检测可控合成后的金纳米粒子大小及分布情况,综合评估其混合性能。试验结果表明:Y型脉动微混合器的截面尺寸、流道夹角在入口流量及工作频率一定的条件下存在一个最优值,入口流量及工作频率是一对相互影响的重要工作参数,一定的流量对应一个最佳混合频率。     

等宽双定子泵和马达的原理研究

研究了一种新型双定子泵,该泵由滚柱、两个定子和一个转子组成,可制成单作用、双作用及多作用的双定子泵,实现了一个泵有多个等比例不同流量的输出,且输出的压力间互不影响,对该泵的运动学及试验进行了论述.研究结果表明:该研究能够很好地解决液压系统中的一个泵不用减压阀无法驱动两个以上不同压力系统,一个泵不能控制多缸不同压力、不同流量同步等问题.     

双电机行星耦合驱动系统台架试验研究

为对双电机行星耦合驱动系统的力学特性和效率特性进行研究,搭建其试验平台,进行台架试验和数据分析。试验内容包括双电机行星耦合驱动系统输出外特性试验、单电机驱动模式和双电机耦合驱动模式的效率特性试验。测试结果表明,该试验平台能够实现对系统性能的有效测试,在满足车辆动力需求的前提下,双电机行星耦合驱动系统可有效提高动力传动系统高效区的范围。       

内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的三维数学模型,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明：在换热流体入口平均流速大于0.5m/s以后,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升和反应器的传热性能。对于导程为60mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300K所用时间从7000s缩短到3000s。导程为30mm的双螺旋结构管的单位重量输出?功率比导程为15mm的单螺旋结构管更高,可见内置双螺旋结构管反应器的传热性能优于内置单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提高了反应器的传热性能。