南沙桥检车出租, 桥检车出租, 南沙桥检车租赁    康达效应引导路径流动无阀压电泵的研究内容?
来源: admin   发布时间: 2023-12-05   170 次浏览   大小:  16px  14px  12px
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     南沙桥检车出租, 桥检车出租, 南沙桥检车租赁    康达效应引导路径流动无阀压电泵的研究内容?  本文首先分析了国内外的研究现状,发现在无阀压电泵技术研究中普遍存在尽可能消除涡流的情况,涡流有效应用在无阀压电泵结构设计当中较少。而且经研究现状发现,无阀压电泵的单向流通基本上靠管道或泵腔内置阻件的正向与反向的流阻差值实现,对无阀压电泵回流现象抑制效果有限。本文针对涡流易造成液体流动状态紊乱,导致无阀压电泵的输出性能不稳定,和仅利用流阻差抑制无阀压电泵的回流效果有限的问题,利用康达效应提出一种可以实现液体在无阀压电泵的正向流动与反向回流时流动路径不同的无阀压电泵(康导效应引导路径流动无阀压电泵)。该泵的设计不仅将涡流应用到结构设计中,也为抑制回流提供了新思路,即无阀压电泵的泵送提供新思路。 全文对康达效应引导路径流动无阀压电泵展开研究,工作总结如下: 

  (1)基于本文所应用压电振子的逆压电效应,对其电能与机械能转换的相关基础知识进行了阐述。同时对压电材料的选择与压电振子的选型及工作原理和约束方式进行相关说明。利用 ANSYS 软件对材料 PZT-5A 压电振子进行了振动模态分析,经模拟得到压电振子的振形在一阶模态时引起的泵腔体积变化最大,振动方式为简谐振动,且无阀压电泵的实验频率范围符合得到的一阶振动模态的频率。此外,也对 PZT-5A 压电振子进行了谐响应分析,模拟 115 Vpp、7 个扫频间隔下,35 Hz 压电振子上各点处的振动位移,其中压电振子中心点处最大振动位移为 4.151×10-5 m。为方便后文简化压电振子的振动函数,通过频率响应得到在 115 Vpp,频率为 0—35 Hz 时压电振子的平均振动位移。由于仿真旨在分析无阀压电泵单向流通的功能,以及内部流场流动情况,经误差范围允许,确定 0—35 Hz 压电振子的振幅为 2.45×10-5 m。 

  (2)阐述了康达效应引导路径流动无阀压电泵的结构组成,重点分析了“水枪”形流管结构如何利用涡流使液体的流动路径具有选择性功能的工作机理。通过电液类比法对“水枪”形流管建立理想流阻模型,为以引导回流液体为思路设计无阀压电泵的可行性,提供理论支撑。推导无阀压电泵的流量输出公式,确定影响无阀压电泵输出性能的结构因素,分别为分支管 2 的直管长度 L、输入管与分支管 6 的位置关系 K 与分支管 1 的末端宽度 W。

 

  (3)模拟康达效应引导路径流动无阀压电泵的内部流场,验证无阀压电泵内的液体在正向、反向流动时流动路径不同的假设,同时也验证“水枪”形流管在反向流动时,分支管 1 与分支管 2 交汇处产生明显涡流的猜想。截取无阀压电泵进口、出口的流速云图,得到无阀压电泵在 115 Vpp、频率 19 Hz 下的模拟流量为 13.47 mL/min,由此验证理论流量的结果。截取统计无阀压电泵工作时,两“水枪”形流管中分支管 1 与分支管 2 的流速,研究无阀压电泵的流量提高与流经路径的关系。为验证上述结果精确,对网格数目进行了无关性分析,并给出了网格数目较少时,计算不精确的原因,以及网格数目很高时计算精度不变的原因。通过压降法分析结构参数对无阀压电泵输出性能的影响,并进行了结构优化。 

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  (4)搭建实验测试平台,对实验样机进行流量测试,经统计精密电子称中的液体质量,得到康达效应引导路径流动无阀压电泵实际输出流量为 12.69 mL/min,佐证了模拟流量与理论流量对无阀压电泵输出能力的判断。通过 Image J 软件统计涡流在管道内的占比,来分析利用康达效应原理产生的涡流具有良好的稳定性,得到:改变结构参数,对涡流的尺寸影响较小,保持在 50%—60%之间。

 

    (5)为研究结构参数对无阀压电泵输出性能的影响,通过对不同实验组的实验样机进行了流量测试。在变直管长度 L 实验组中,L=6 mm 的无阀压电泵在不同电压下的最佳工作频率最集中,输出性能最稳定,且工作区间范围最大。在 115 Vpp 以下的同一电压下,L=6 mm 的无阀压电泵的输出流量最大,为 11.13 mL/min。因此,在直管长度 L 的参数优化中,选择 L=6 mm。在变位置关系 K 实验组中,K=0.5 mm 与 K=1.5 mm 的无阀压电泵在不同交流电压下最佳工作频率保持不变,内部流体的流动状态均保持稳定,但 K=0.5 mm的工作区间最宽。虽 K=0.5 mm 的无阀压电泵受电压影响,输出流量的增长率要高,但在电压 115 Vpp以下同一电压下,K=1.5 mm 的无阀压电泵的输出流量最大,为 11.13 mL/min,在位置关系 K 的参数优化中,选择 K=1.5 mm。在变管道宽度 W 实验组中,最佳工作频率均保持不变,分别保持在 20 Hz、19 Hz、19 Hz,得到末端宽度 W 变化对最佳工作频率影响较小。但 W=4 mm 的无阀压电泵流量最大可为 12.69 mL/min,且随着交流电压值的提高,其输出流量显著提高,流量增长率最高可达 2.61。因此,在研究无阀压电泵的最大输出流量问题上,分支管 1 的管道宽度应选择 W=4 mm。由此佐证实验测试得到的参数优化结果同仿真结果一致。

 

    (6)经仿真分析结构参数变化造成的流量变化原因。在变直管长度L实验组中,L值的变化会引起分支管 2 沿程阻力的变化,因此对于反向流动时引起的流量变化较大。而对正向流动时,由于结构夹角未改变,液体主要流向分支管道 1。在变位置关系 K 实验组中, K 值大小决定两管道线路流阻的大小,且在反向流动时,K 值的大小既决定液体流经两分支管道液体的比重,又决定输出回流液体的多少。因此 K 值应选中间值,即 K=1.5 mm。在变管道宽度 W 实验组中,经仿真内部流场,W 值增大将引起扩散角度的变化,并减小分支管 1 正向流动时的流阻。当分支管 1 反向流动时,分支管 1 的流阻由涡流的抑制效果与管道结构流阻共同决定。

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