离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

作     者：李望旭 李正贵 韩伟 行怡帆 谭善文 司国雷 陈君辉 LI Wangxu;LI Zhenggui;HAN Wei;XING Yifan;TAN Shanwen;SI Guolei;CHEN Junhui

作者机构：兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学)成都610039 四川航天烽火伺服控制技术有限公司成都611130 

基　　金：国家自然科学基金(52079118,52269022) 甘肃省创新之星项目(2023CXZX-438,2022CXZX-442) 四川省重点研发计划项目(2023YFG0052) 广安市科技局重点研发计划项目(2022GYF01) 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2024年第56卷第4期

页      码：137-147页

摘      要：铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^(-5)),但仍处于层流状态(Re<1),并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

主 题 词：铁磁流体 微泵 惯性驱动 泵送过程 重叠网格 

学科分类：080703[080703] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.11918/202303073

馆 藏 号：203126679...