论文部分内容阅读
目前关于压电泵的研究大都集中于微小型压电泵,其主要应用领域为医疗等微流量领域。在某些需要较大流量的场合则不能满足使用要求。伞形阀压电泵是目前压电泵中流量最大的压电泵,具有应用潜力。为提高伞形阀压电泵的性能,可以将多个压电泵制作成并联压电泵、串联压电泵或复合压电泵。双腔并联压电泵是多腔复合联压电泵的组成单元,是进一步分析复合压电泵的基础,因此本论文选择了双腔并联压电泵进行研究。
本论文着重研究大流量双腔体并联压电泵,设计并制作了不同直径伞形阀的压电泵样机,并进行了压电振子和伞形阀振动力学和压电泵流体力学分析,对样机进行了试验研究,内容如下:
1)从压电振子的力学模型出发求解了压电振子工作所用的振型函数;推导了压电振子变形体积计算公式,为双腔并联压电泵的流量计算提供了计算方法;求解了压电振子的等效集中参数系统,及其耗散功率表达式,为压电振子的厚度和直径有限元分析提供了理论依据。
2)根据计算的耗散功率计算公式,对压电振子的厚度和直径从变形位移和驱动力两方面进行了优化分析,得到压电陶瓷和铜基片的最佳厚度组合,以及压电陶瓷的最佳直径范围。同时对压电振子进行了有限元模态分析,有限元求解所得振型函数与理论分析所得振型函数吻合度较高,验证了理论分析的可行性。
3)分析了伞形阀的振动响应性能,引入了伞形阀开启幅度与滞后相位。分析了双腔并联压电泵的两种驱动方式的特点。分析了双腔并联压电泵泵腔、管道中的流体流动状态和流动阻力来源。
4)设计并制作了两种直径的伞形阀双腔并联压电泵样机,从实验中分析了管径、驱动方式、伞形阀直径以及频率对双腔并联压电泵工作性能的影响,并得到了最优参数,同时也验证了压电振子的振型分析、有限元分析的准确性与可靠性,实验结果符合流体力学理论的分析。