摘要：为了克服压电叠堆输出位移较小、对泵振子泵送能力弱的缺点,综合杠杆铰链与三角形铰链结构性能优点,提出基于放大机构的压电叠堆泵,分别开展理论放大倍数分析、ANSYS仿真分析、流固耦合分析及泵送性能试验测定研究.结果表明,压电叠堆泵仿真放大倍数约为20.3时,与理论计算值相对误差为11.7%;ANSYS仿真分析表明,泵振子的二阶频率对应的弯振为最佳振型,该振型对应的工作频率为1356.30 Hz,在该工作频率下对压电叠堆泵进行流固耦合分析,得出泵送流量为41.78 mL/min.在上述研究分析的基础上试制压电叠堆泵样机并进行泵送性能试验,发现在驱动电压50 V下,测得泵送流量为32.50 mL/min,仿真流量与试验流量相对误差为28.5%,进而分析了误差产生的原因,最大泵送压差值为13.7 mm.试验结果具有良好的稳定性,验证了仿真数据结果的可靠性,可为压电泵新型放大机构和压电叠堆驱动方式的进一步研究提供可靠参考.

摘要：为了在输送流体过程中实现不同流体的充分混合,设计挡板式内置混合器、阻流体式内置混合器及绕流体式内置混合器等3种内置混合器式压电泵.采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对压电泵流场混合效果进行数值模拟,提取流场典型切面混合浓度,并通过混合试验验证混合度数值模拟的可靠性,同时研究了内置混合器对压电泵泵送能力的影响.研究结果表明:内置混合器可显著提高压电泵的混合能力;内置混合器的结构与参数不同时对混合度有较大影响,在驱动频率为727 Hz,驱动电压为150 V时,具有6个混合单元的绕流体式内置混合器压电泵的混合度可达99.35%;无内置混合器式压电泵的泵送流量为457.3 mL/min,安装内置混合器的压电泵均有不同程度的流量损失.试验结果进一步验证了仿真分析的正确性,为研究压电泵混合和泵送综合性能提供了一定的参考.

摘要：通过模仿金枪鱼的鱼体结构,将泵振子的摆动端设计成柔性小翼,使得振子摆动更接近于真实鱼尾的摆动。数值计算及激光扫频试验表明,压电层合结构悬臂梁的1阶振型机电转换效果最差,2阶和3阶的均能获得较好的机电转换效果。分析了振子在水中振动的固有频率和振型,并通过激光多普勒测振仪对振子的振动做了测振试验,数值计算得到的振型和激光扫频试验结果相一致。2阶和3阶的固有频率仿真结果和激光扫频结果分别相差1.6%和0.3%。研制了泵的样机并测量了激励电压在60 V时泵的流量。振子工作在2阶振型时,谐振频率为740 Hz,泵的流量为266 mL/min。振子工作在3阶振型时,谐振频率为1 280 Hz,泵的流量为105 mL/min。在相同电压激励下,泵的最大流量较同类型泵提高了160%。

摘要：为满足微流量、小流量压电液体混合与输送方面的要求,提出了一种集流体混合与泵送为一体的半球缺群无阀泵,该泵利用半球缺的圆面与球面对流体的阻力不等,配合压电振子的往复振动实现对流体的泵送;同时,利用半球缺群对流体的遮挡、干扰效应产生的湍流和旋涡实现对流体的高效混合。在解析泵的工作原理、振子振动特性、泵理论流量基础上,进行了流量与电压、频率及行数、列数变化的半球缺群的关系试验,获得了泵系统的低频谐振频率为6 Hz,并在电压及频率为160 V、6 Hz时,半球缺群4×3得到了53.2 m L/min的泵流量,电压及频率为180 V、6 Hz时,半球缺群3×3得到了59.4 m L/min的泵流量;对半球缺群行数、列数及间距变化对混合效果的影响进行了仿真研究和试验验证,得到了增加行数、列数及间距均能提高不同液体间混合效果的结论,试验及仿真分析的结果验证了半球缺群无阀泵能够较好地实现对流体的混合与泵送。

摘要：近年来,随着医疗、卫生和保健领域的发展,对压电泵、特别是无阀压电泵的微型化、传输流体的稳定性、流动脉动及回流等方面提出了更高的要求。容积型压电泵因其固有的周期性、波动性而不能产生连续输出和压力,同时回流、脉动现象或微型阀片阻塞现象无法避免;回转型压电泵因其固有的复杂性和难控性无法满足体内输送的安全及稳定的需要。因此,探索新型工作原理的压电泵尤为重要。基于摆动驱动形成流体单向流动的现象,综述了南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室流体驱动研究小组近年来对3种非容积型、非回转型的仿鱼尾摆动式无阀压电泵研究成果。

摘要：为了提高无阀压电泵的输出流量,分析泵中无移动部件(三棱柱组)参数对泵输出流量的影响规律,改进设计了5组三棱柱阻流体无阀压电泵,并分别对其进行了流量试验。首先,分析了该压电泵的结构和工作原理;其次,建立了压电泵的流量计算公式,得到了泵输出流量与三棱柱组主要参数的关系表达式,利用MATLAB软件绘制了三棱柱正反向流阻比、三棱柱个数与泵输出流量的关系曲线;最后,利用3D打印技术实际制作了5组三棱柱阻流体无阀压电泵,并对其进行了流量试验。试验结果表明:在驱动电压和驱动频率不变的条件下,三棱柱组参数对泵的输出流量有较大的影响,其中,泵输出流量随三棱柱个数、高度的增加而增大,随三棱柱与泵腔壁的间隙及三棱柱顶角的增大而减小;另外,泵的输出流量随相邻三棱柱间距的增大而增大,当间距增加到一定值后,泵的输出流量不再继续增大,反而会减小,其值接近于某一定值。

摘要：理论研究了以半球缺群作为无移动部件阀的无阀压电泵的液体输送和混合搅拌功能,针对半球缺群迎流角的变化对该压电泵的泵送性能及混合搅拌效果的影响进行了仿真分析与试验验证。围绕迎流角θ在0°≤θ≤90°的变化,建立多组有限元模型,模拟了半球缺群迎流角变化引起的速度场、压强差、阻力系数及仿真流量的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,0°≤θ≤45°时,仿真流量随θ的增加而增加;45°<θ≤90°时,仿真流量随θ的增加而减小;θ≈45°时取得最大流量96.13mL/min。此外,研究显示旋涡的大小及强度具有与仿真流量相同的变化趋势。泵流量试验验证了仿真研究及其结果的正确性:在θ≈45°时,试验流量达到67.90mL/min;0°<θ≤360°时,试验流量与仿真流量的变化趋势一致,并且θ在一个周期的变化中泵流量及旋涡强度出现2次正向最大值和2次反向最大值。本研究为优化无阀压电泵的泵送性能和混合功能奠定了基础。

摘要：受具有高速巡游速度的金枪鱼的启发,提出了一种微脉动、大流量、仿尾鳍变截面振子无阀压电泵。以压电叠堆为激励源,设计了仿尾鳍变截面振子,实验验证了振子的二阶弯振和金枪鱼高速巡游的摆动模式一致。利用有限元分析软件ANSYS分析了振子的模态振型,提出了模态分离更好的Y型振子。为避免压电叠堆受力不均匀而受到损坏,采用钢球和隔离块作为压电叠堆传递力和振动的媒介,实现了压电叠堆和泵腔内液体的干湿分离。设计了二级杠杆/柔铰机构,放大了振子端部柔性叶片摆动幅度。最后,研制了样机,并进行了不同驱动频率下的仿尾鳍式变截面摆动振子无阀压电叠堆泵的流量测量,结果表明,在80V正弦电压的激励下,激励频率为1 350Hz时泵的流量达到峰值(400ml/min)。本设计方案能够有效地提高泵的性能,满足工程实践中对大流量无阀压电泵的需求。

摘要：以三棱柱阻流体为无移动部件阀,结合3D打印技术的快速一体成型特点,设计并制作了以压电振子为动力源的三棱柱阻流体无阀压电泵。分析了该无阀压电泵的工作原理、理论流量和振子振动特性,推导出了它的的流量表达式。利用有限元法对三棱柱阻流体的流阻特性进行了仿真模拟,由其内部压强分布及进出口流速情况,定性分析了三棱柱阻流体的正反向流阻大小。最后,使用3D打印机制作了该无阀泵的试验样机,并进行了流阻和流量测量试验。试验结果表明:三棱柱阻流体具有正反向绕流流阻不等的特性,当驱动电压为550V,驱动频率为8 Hz时,该压电泵的输出流量达到最大,为29.8mL/min。结果证明了该三棱柱阻流体无阀压电泵具有良好的输送流体的能力。

摘要：为克服传统的容积型无阀压电泵存在的流动波动大、有回流、泵水能力差等通病,提出并设计模仿鱼尾摆动的无阀泵,并针对具有柔性尾鳍的变截面摆动子进行研究。在研究巡游速度最大的金枪鱼尾鳍摆动的基础上,设计具有柔性尾鳍的变截面摆动子;基于有限元分析软件ANSYS进行摆动子在水中的谐响应分析,提取不同长度的柔性尾鳍工作在二阶谐振下的端部振幅,分析表明,摆动子端部振幅对泵的理论流量影响较大;利用电荷耦合器件(Charge coupled device,CCD)激光位移传感器对摆动子的端部振幅进行测量,柔性尾鳍长度为5 mm时,摆动子的二阶弯振端部振幅达到0.4 mm,端部振幅随柔性尾鳍长度变化的趋势和ANSYS分析结果一致;对泵进行试验研究:在60 V的电压的激励下,柔性尾鳍长度为5 mm时,泵的压差达到78 mm。研究表明,在摆动子的其他结构参数一定的情况下,泵的性能对柔性尾长较为敏感,并存在最优的柔性尾鳍长度值。