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带有可压缩腔和两端固支阀的谐振式压电泵的研究

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带有可压缩腔和两端固支阀的谐振式压电泵的研究

作者：王雪艳中国科学技术大学

学位级别：硕士

压电泵是利用压电晶体作为驱动器件,实现流体传输的一种新型流体泵,它具有结构紧凑、响应速度快、能耗低、无电磁干扰,可根据电压或频率精确输送微量流体等优点,在化学分析、药物输送、微型机电以及航空航天等领域有巨大的应用价值。目... 详细信息

压电泵是利用压电晶体作为驱动器件,实现流体传输的一种新型流体泵,它具有结构紧凑、响应速度快、能耗低、无电磁干扰,可根据电压或频率精确输送微量流体等优点,在化学分析、药物输送、微型机电以及航空航天等领域有巨大的应用价值。目前对于传统压电泵的研究已经取得了一系列的成果,国内外开发了满足各种要求的压电泵。但尚未研究设计出一个能够在输出流量,输出背压及输出精度等方面均具有良好表现的高性能压电泵。主要限制原因可归纳为三点：一是压电振子没有良好的机电耦合设计,无法发挥压电材料的高能量密度的优点;二是传统的单向阀在工作中存在严重的滞后性,无法适应高频工作条件：三是没有考虑到液体的不可压缩性,压电泵在工作过程中,出、入水口管负载压力大,没有一个缓冲机构减轻压电泵的负载。针对以上问题,本文提出了带有可压缩腔缓冲结构及两端固支的PDMS (polydimethylsiloxane)单向阀的新型谐振式压电泵。谐振式压电振子具有良好的机电耦合特性,在系统谐振频率处,可产生最高的能量转换率;两端固支的PDMS单向阀具有优良的高频特性,并且无回流和泄漏现象：可压缩腔缓冲结构减轻了致动器的负载,增加了泵单个周期内的输出流量。本文设计并优化了压电振子的机电耦合结构,提出了长梁式和折叠振子式两种机械结构。与长梁式振子相比,采用压电晶片粘贴在折叠振子上作为激励源的折叠式压电振子,其表面应力分布更为均匀,因此,压电晶片的利用率和能量转换率更高。此外,多层折叠的机械结构压缩了空间体积,使压电泵整体结构更为紧凑。压电晶片和金属振子组成的压电振子与泵体部分构成了谐振型压电泵,在压电泵系统的谐振频率处,压电致动器能量转换率最高,此时,压电泵可获得最佳的输出性能。本文建立了完整的压电振子模型,通过ANSYS有限元仿真分析其工作模态、谐振频率和应力分布,并建立了压电振子和泵腔的动力学模型,得出了谐振频率、模态振型、泵腔体积变化量的计算表达式。单向阀是压电泵的重要元件,本文提出了一种新型两端固支结构的PDMS单向阀。从原理和实验两方面,解释并验证了该阀的工作原理和性能表现。大量的实验数据证明该类型单向阀具有优良的高频特性,良好的反向截止特性,较低的开启压力,且静态效率可达99.5%,为设计高性能的具有自启动能力的压电泵提供了重要保证。考虑到液体的不可压缩特性,在一个较长的流道内驱动大的液体负载是较困难的。本文首次提出了位于出入水口处的可压缩腔缓冲结构,采用PDMS薄膜加工设计,具有结构简单,易变形的特点。在压电泵工作过程中,压缩腔缓冲结构可有效地减轻刚性泵体的负载,增加单个周期内的输出流量。本文把压电泵的机械参数等效成电路参数,通过模拟电路仿真软件分析了可压缩腔结构对压电泵工作性能的影响。实验和仿真结果表明,带有压缩腔缓冲结构的压电泵较无压缩腔缓冲结构的压电泵输出流量提高了约20%。本文制作了压电泵样机,采用实验装置测试压电泵输出性能。实验结果表明：长梁式和折叠振子式压电泵样机均可以稳定输出液体。对于长梁式压电泵,总体体积为100mm×20mm×15mm,在490Hz、400Vp-p的交流激励电压下,样机泵输出流量可达105ml/min,输出背压可达23kPa,功耗仅42mW。经过结构优化的折叠振子式压电泵,总体体积为20mm×20mm×28mm,在361Hz、120Vp-p的交流激励电压下,样机泵输出流量可达118ml/min,输出背压可达22.5kPa,功耗仅62mW,且在驱动电压为361Hz、4Vp-p时,可得到稳定的最小输出流量160gl/min。实验数据证明了长梁式和折叠振子式压电泵的有效性,并且输出流量及背压与驱动电压有良好的线性关系,从而可通过改变驱动电压精确控制压电泵的流量。本文所设计的带有可压缩腔缓冲结构及两端固支的PDMS单向阀的新型谐振式压电泵具有高输出流量及背压、高效率、高精度、低功耗、结构紧凑的优点,并且具有良好的自启动能力,未来有望应用于燃料电池,水冷系统,药物输送等领域。

关键词：压电泵谐振应力分布单向阀压缩腔

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涡旋压缩机压缩腔流场分析研究综述

石油和化工设备 2016年第2期19卷 49-50页

作者：程金明杨紫娟航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司甘肃兰州730050 兰州兰石重型装备股份有限公司甘肃兰州730030

对近年来在涡旋压缩机压缩腔数值模拟方面的研究做了全面介绍,总结了各种模拟状况下压缩腔流场的优缺点,为今后涡旋压缩机压缩腔流场的研究提出了设想。

关键词：涡旋压缩机压缩腔流场分析

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涡旋压缩机压缩腔内气体非稳态流动研究

流体机械 2016年第10期44卷 46-50页

作者：陈玉坤李海生武涛史婷杨乃赞中国矿业大学江苏徐州221116

为了研究涡旋压缩机工作过程中腔内气体非稳态流动过程,建立了涡旋压缩机压缩腔的模型,依据动静涡旋齿啮合间隙调节压缩腔内流体区域的动网格分布,采用RNG k-ε湍流数学模型,实现了压缩腔内气体流动的数值模拟,研究气体速度场、压力场... 详细信息

为了研究涡旋压缩机工作过程中腔内气体非稳态流动过程,建立了涡旋压缩机压缩腔的模型,依据动静涡旋齿啮合间隙调节压缩腔内流体区域的动网格分布,采用RNG k-ε湍流数学模型,实现了压缩腔内气体流动的数值模拟,研究气体速度场、压力场和温度场分布规律,分析了流场分布不均匀性的形成原因,探索了压缩腔间气体泄漏引起的传热、传质过程对非稳态流动的影响。

关键词：涡旋压缩机压缩腔非稳态流动数值模拟

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涡旋压缩机的几何分析

流体机械 1994年第7期22卷 52-55页

作者：吴建华金光熹束鹏程西安交通大学

以压缩腔后密封点对应的此压缩腔外涡旋体中线上点的渐开角为参变量来表征此对压缩腔，考察其吸气、压缩、排气过程，以及容积和其它几何参数的变化，得到了简单、便于使用的公式。

关键词：涡旋压缩机压缩腔几何分析

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关于涡旋压缩机几个基本几何量的讨论

甘肃工业大学学报 2001年第2期27卷 51-53页

作者：李吉功李树勋刘振全甘肃工业大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 甘肃工业大学石油化工学院甘肃兰州730050

鉴于有些涡旋压缩机方面的文献在一些基本理论上存在异议 ,对吸气角、压缩腔对数、排气角和行程容积进行了讨论和分析 ,从几何角度解释了四者之间的内在联系 ,论述了吸气角。

关键词：涡旋压缩机吸气角排气角压缩腔行程容积几何量

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新型组合曲线涡旋压缩机容积特性研究

压缩机技术 2007年第1期 8-11页

作者：陈进陈亚娟王立存重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

针对一种新型的组合型线的涡旋压缩机,系统地研究了该型线的压缩机各个压缩腔行程容积的求法,使得各个压缩腔随着曲柄转角的变化在不同段曲线的容积可以清楚的求出,为准确计算该型线的压缩机动力学及性能指标提供了依据。

关键词：涡旋压缩机组合型线压缩腔行程容积

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周期轧管机喂料装置的设计

中国重型装备 2011年第4期 1-4页

作者：任雁梅赵泊淞二重集团重型装备股份有限公司设计研究院四川618000

介绍了周期轧管机喂料装置的工作原理及基本要求,初步分析了喂料器的运动规律。介绍了周期轧管机喂料装置的结构组成及特点。现代化的喂料装置能够提高轧制速度,降低劳动强度,使荒管的壁厚和外径精度显著提高。

关键词：周期轧管机喂料装置制动腔压缩腔设计

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涡旋压缩机非稳态工作过程的数值模拟

建筑热能通风空调 2010年第6期29卷 94-97页

作者：苏顺玉张春枝陈俭刘秋新武汉科技大学城市建设学院

本文以R134a为工质,在忽略泄漏和润滑油对压缩过程影响的情况下,给出了涡旋压缩机非稳态压缩过程模型。并用四阶Runge-Kutta法同时求解以曲轴转角为变量的相关方程式,对涡旋压缩机压缩过程中气体工质温度、压力和容积的变化进行了模拟... 详细信息

本文以R134a为工质,在忽略泄漏和润滑油对压缩过程影响的情况下,给出了涡旋压缩机非稳态压缩过程模型。并用四阶Runge-Kutta法同时求解以曲轴转角为变量的相关方程式,对涡旋压缩机压缩过程中气体工质温度、压力和容积的变化进行了模拟计算。结果表明,模拟计算出的数据是合理的。该模型可以用来模拟涡旋压缩机非稳态工作过程。

关键词：压缩过程涡旋压缩机非稳态模型压缩腔

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呋麻滴鼻液配制方法的改进

实用药物与临床 1998年第4期5卷 33-33页

作者：陈学锋浙江省湖州市第一人民医院

呋麻滴鼻液是临床治疗鼻炎、鼻粘膜肿胀的常用制剂。处方为：呋喃西林，盐酸麻黄素，氯化钠等。该制剂中呋喃西林微溶于水（１∶４２００），配制时需要加热和长时间（２～３ｈ）搅拌才能完全溶解，可致呋喃西林色泽加深。该制剂不稳定... 详细信息

呋麻滴鼻液是临床治疗鼻炎、鼻粘膜肿胀的常用制剂。处方为：呋喃西林，盐酸麻黄素，氯化钠等。该制剂中呋喃西林微溶于水（１∶４２００），配制时需要加热和长时间（２～３ｈ）搅拌才能完全溶解，可致呋喃西林色泽加深。该制剂不稳定，冬季低温贮存会析出结晶；该制剂在...

关键词：呋麻滴鼻液呋喃西林配制方法苯甲酸钠盐酸麻氯化钠鼻腔喷雾剂制备方法压缩腔鼻腔粘膜