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微泵的理论建模及静动态特性分析

如今,在微机械电子系统(MEMS)领域,人们对微流体系统的研究逐渐升温,即化学分析系统和微制剂系统。微泵是微流体系统的基本组件之一。最近几年研制出几种基于不同的驱动原理和用途的微泵,有的已经进入实用阶段。本文对微泵进行了理论分析,建立了微泵模型的基本方程,求出了流量、压力。建立了静电、压电驱动的微泵薄膜变形的模型,推导出了圆形薄板固有频率。提出了一种双腔微泵结构设计方案,这种泵分为上下两个泵腔,上面泵腔由腔壁与上下两层薄膜围成,每层薄膜上都有一层PZT片;而下面泵腔则由腔壁与围成上面泵腔的下层硅薄膜及一层玻璃围成,出入口处采用环形阀门结构,泵膜和阀片的材料为硅。泵体半径为3mm,泵膜半径为2mm,泵膜厚度为5μm,PZT片厚度为10μm,泵体高度为1000μm,方波驱动电压为50V,驱动频率为4000Hz。建立了微泵膜片的有限元模型,采用直接耦合法模拟分析了微泵膜片在压电驱动下产生的形变和由此引起的微泵腔体体积的变化,得出了膜片  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆理工大学
重庆理工大学

微量磁流体的动态驱动研究

近年来随着科技的快速发展,微流体技术(Microfluidics)在生物学、医学、化学等领域中应用日益广泛。微量流体驱动作为微流体技术的重要组成部分,是一种通过各种驱动方式实现微升甚至纳升级别流体的精确泵送技术,包括流体力学、材料学、生物学、机械学和电磁学等多项学科内容。其中微泵是实现微量流体驱动的常用装置,近年来取得了较大的研究进展,在生命科学、生物医学、航天航空等领域上展现了重要而广泛的应用前景。本文主要基于微量磁流体的动态驱动方式,研制了一种磁流体微泵,并实现了微量流体的有效泵送。首先,为能更好的选择泵送腔室的结构和磁流体驱动的方式,本文借助ANSYS仿真软件的有限元法对腔室的具体结构和磁流体的运动方式进行仿真模拟。择优选择环型腔室作为泵腔通道结构,同时泵腔出入口通道相隔一定距离呈60°的夹角状;磁流体在泵腔内分为两个部分布置,其中一部分固定于出入口之间的环形通道内,另一部分在外界作用力驱动下沿环形通道做圆周运动。其次,对...  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南工业大学
河南工业大学

串联无阀压电微泵性能及实验研究

无阀压电微泵是利用压电振子施加电压后的机械振动,改变泵腔体积大小产生泵腔内外压力差,实现流体连续输送的部件,其机构简单,易于加工,性能稳定,是机械电子分析系统中最重要的流体驱动器件之一,广泛应用在精细化工、航空航天等领域。由于单腔无阀压电微泵泵送性能较弱,本文提出了一种双腔串联的无阀压电微泵,并进行理论分析和实验研究。理论分析:通过对收缩/扩张管的工作原理、压电效应原理、无阀微泵微流道效率的理论阐述,选择了合适的压电振子,分析了收缩/扩张管的阻力特性,并绘制出无阀微泵的基本结构示意图,以及微泵的“吸取模式”和“泵出模式”示意图,进而引出了双腔串联无阀压电微泵的工作方式,并且绘制出了双腔串联无阀微泵的工作方式示意图。然后采用FLUENT软件对微泵的微流道进行流体仿真,得到微泵“吸取模式”和“泵送模式”下的压力云图和速度云图,从云图中得到微流道的最大速度和最大压力。实验方面:通过玻璃湿法刻蚀工艺制作出主泵体,采用注塑加工中的甩胶法,...  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州理工大学
兰州理工大学

离心泵泵腔 内压力分布规律的研究

在当今社会的诸多行业中,泵的应用非常广泛,其运行的稳定性是不可忽视的问题,而轴向力的大小则是影响泵运行过程中稳定性的重要因素之一。目前,计算离心泵轴向力的公式繁多,达十种以上,而且同一泵用不同的公式计算结果又相差很大。众所周知,产生轴向力原因之一是液体作用在叶轮前后盖板压力分布不同,可见要较准确计算轴向力,首先就是研究泵腔内的压力分布。本文以IS250—150—315单级单吸悬臂离心泵泵腔内的液体为研究对象,首先建立泵腔内流动模型,应用Naiver-Stokes方程求解出泵腔内压力分布的理论公式,并通过理论公式计算出了压力随半径变化曲线。为了验证理论公式的正确性,对泵腔内压力分布进行了测试,研究了不同工况下泵腔内压力变化规律,并用计算值与实测值进行比较,发现在设计工况下泵腔内压力的理论曲线与实测曲线几乎平行,但在设计工况以前不平行甚至相交,基于对设计工况下泵腔压力的理论曲线与实测曲线的比较与分析,作者提出了理论公式的修正方法,即...  (本文共53页) 本文目录 | 阅读全文>>

《农业机械学报》2003年06期
农业机械学报

离心泵泵腔内液体流动数学模型研究

在建立泵腔内流体流动的 4层流动模型基础上 ,计算了不同雷诺数、泄漏量条件下泵腔内液体的圆周速度、径向速度及压力沿径向的分布规律。结果表明 :泵腔内液...  (本文共5页) 阅读全文>>

浙江理工大学
浙江理工大学

离心泵前泵腔内液体流动特性的研究

流体机械是一种能量转换的通用机械,目前已被广泛地应用于国民经济建设的各个领域。离心泵是一种量大面广的用来输送液体的流体机械装置。目前在离心泵的研究及数值计算中,往往忽略叶轮口环间隙和泵腔间隙的影响,这样对于离心泵性能的预测就会产生一定的误差。一般由于泵腔间隙较小,流动的空间尺度远小于叶轮内部流动,但是其内部流动结构十分复杂。近30年以来,随着计算机技术以及计算流体力学方法的发展,CFD技术在离心泵的性能预测和内部流动研究方面的应用越来越加广泛。对于当前的计算资源,采用考虑间隙影响的数值模拟已经变得成为可能,如果采用数值计算方法对包含泵腔间隙在内的整机流动进行研究,会使得模拟结果更能接近实际情况,这样对于离心泵的改进设计有着十分重要的意义。本文基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,针对一单级离心泵,对包含叶轮口环,前后泵腔,叶轮,蜗壳,入口段,以及出口段在内的整个离心泵全流场进行了三维数值模拟,并利用实验数据对计算结果进行了验...  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>