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“Y”形流管无阀压电泵的研究

叶芳  
【摘要】: 本研究课题来源于国家自然科学基金——细胞或高分子输送用“Y”形流管无阀压电泵的流体动力学分析及应用研究(No.50575007)。 压电泵结构简单,具有传统泵所不具备的优点,在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里都得到了成功的应用。然而,目前以医疗、卫生、保健等领域作为研究背景对无阀压电泵进行的研究大都未考虑泵腔及流管内湍流及涡旋的影响。本文通过分析其它形式无阀压电泵阀结构存在的不足,提出了一种新型的无阀压电泵结构——“Y”形流管无阀压电泵结构。 概括起来,本文主要的研究内容和成果综述如下: 在压电振子振动分析方面,推导了泵用圆形压电振子的固有频率和振子中心振幅的理论计算公式。建立了压电振子的有限元模型,对理论公式进行了验证。计算和分析了直径比、厚度比、基底层材料对压电振子振动特性的影响,为压电泵驱动器的优化设计提供了实用性的参考。 在“Y”形流管无阀压电泵的流体有限元分析方面,推导了泵流量的理论计算公式,并分别对压电泵和“Y”形流管流场进行了有限元计算和分析,为进行泵流量的理论计算奠定了基础。 在“Y”形流管无阀压电泵的工作特性实验研究方面,基于不同的实验目的,采用了不同的实验方案,进行了多组实验,一方面验证了泵流量理论公式的有效性,另一方面对“Y”形流管无阀压电泵的工作特性进行了研究。实验中还借助了高速摄像机系统对同一时间点上两端液面高度位置进行了记录,得到两端液柱高度差随时间的变化曲线,并对所得到的曲线进行分形学研究,同时对这一探索性研究得到的规律进行归纳和解释。 综上所述,研究表明“Y”形流管无阀压电泵在本质上克服与避免了产生大范围涡旋的缺点,且结构简单易于微型化和集成化,因此可应用于血液输送等医疗保健领域。


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