基于數(shù)值模擬的平面錐管無(wú)閥壓電泵的非穩(wěn)態(tài)特性研究.pdf

1、微流體系統(tǒng)的廣泛研究促進(jìn)了微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，微型泵是微流體系統(tǒng)重要的驅(qū)動(dòng)部件，其發(fā)展水平直接影響到微機(jī)電系統(tǒng)的整體性能。在機(jī)械式微泵中，壓電泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、耗能低、無(wú)電磁干擾、可集成度高、易于實(shí)現(xiàn)微型化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療器械、化學(xué)分析、水冷系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。
　　隨著微流體技術(shù)的不斷發(fā)展，平面錐管無(wú)閥壓電泵憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。為了探討影響平面錐管無(wú)閥壓電泵輸

2、出性能的因素及內(nèi)部流場(chǎng)特征，本文主要在以下幾個(gè)方面展開(kāi)具體的工作:
　　1.對(duì)擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)概括，介紹了無(wú)閥壓電泵的工作原理及過(guò)程，分別在穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)情況下對(duì)無(wú)閥壓電泵用擴(kuò)散/收縮管內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析，獲得了衡量錐管性能的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù):壓力損失系數(shù)和錐管效率，得到了擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵的整流效率公式。
　　2.利用CFX軟件在不同壓力幅值、不同驅(qū)動(dòng)頻率下對(duì)不同角度平面錐管內(nèi)流動(dòng)的非穩(wěn)

3、態(tài)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了影響平面錐管輸出性能的因素，研究了平面錐管內(nèi)漩渦的運(yùn)動(dòng)變化及發(fā)展情況。結(jié)果表明:非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)情況下流量變化相對(duì)于壓力變化存在滯后性，二者之間有一個(gè)相位差，且Wo數(shù)越大，壓力幅值越小，此相位差越大;頻率較高(10Hz～500Hz)時(shí)，在較低壓力幅值(500、1000Pa)下，凈流量先隨Wo數(shù)的增大而減小，之后有小幅遞增，較高壓力幅值(5000Pa)下，凈流量隨Wo數(shù)的增大而減小;頻率較低(0.05Hz～10Hz)

4、時(shí)，凈流量隨Wo數(shù)的增大而減小;錐管擴(kuò)散和收縮方向的壓力損失系數(shù)隨Wo數(shù)的增大而增大，隨壓力幅值和錐角的增大而減小;平面錐管內(nèi)流動(dòng)分離產(chǎn)生的漩渦運(yùn)動(dòng)增加了流管流阻，且漩渦運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，通過(guò)錐管的凈流量越小。
　　3.建立了平面錐管無(wú)閥壓電泵模型，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，分析了影響平面錐管無(wú)閥壓電泵輸出性能的因素，結(jié)果表明:平面錐管無(wú)閥壓電泵的輸出流量和效率隨錐管長(zhǎng)度和最小截面寬度的增大而增大;角度為10°錐