“y”型流管无阀压电泵的模拟及实验研究

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1、独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究丁作及瞅得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一问工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：奄毛盔包R期：生≤垒§盟竺宴关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规

2、定)签名：：5塞；查L导师签名日期：碰!兰!堡第1章绪论在流体机械的发展过程中，泵作为流体的驱动和传输装置，至今己经历了几千年的发展和演变，从有记载的最早的泵模型，入力水车、屏水车到现在微机械泵，泵的发展经历着从低功率、大体积到高功率微体积的翻天覆地的发展。最早的泵装置大都是带有提升的下冲式水车。当提斗潜入水中时在装满水的同时被水流推动，沿水流方向而运动，带动转轮转动。当提斗被转轮带至最高点时，水就会注入集水槽。这种机械巧妙地利用了水流的能量用以提升和输送，尽管其效率功率都难以有很大提高，但其结构简单、实用，至今一些地区仍在使用这种装置川。随着科学技术的不断发展，新材料、新机构、新驱动形式的

3、不断产生，流体泉的机理和结构也在不断发展。每当一种新的驱动形式出现，都会引发泵的工作机理和结构的创新。近年来，压电驱动技术作为种全新概念的驱动方式正蓬勃兴起。压电驱动利用压电材料的压电效应形成压电驱动器的振动、位移或变形，直接驱动从动件。由于压电驱动具有体积小、单位体积输出功率大、无电磁辐射、便于小型化等优势，在中小驱动功率机械、精密机械、微型机械等领域有着广阔应用前景¨“。压电泵是压电驱动器的鼋要分支，它是利用压电振子作为换能器的流体传输装置。对于它的研究可以追溯至19世纪七十年代。如今在微机械领域受到很高的重视，显示出特有的潜力和广阔的发展应用前景。同传统泵相比，压电泵的特点是结构简单、

4、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰，可根据施JJu电压或频率控制输出流量等【”。因此，压电泵具有相当广泛的应用领域，在医疗【7、”、化学分析f91、航空航天以及汽车发动机燃料供㈣给等领域都可应用。目前世界上许多国家(如日本、美国、荷兰、瑞典、中国等)都在进行压电泵的研制丌发工作。历经一十多年的发展，具有某些功能的小型压电泵已商品化，满足更高功能要求的压电泵正在进一步研制丌发中。早期的压电泵大多在往复式泵腔上利闩j机械结构的单向阀形成输出⋯J，由丁单向阀执行原件具有惯性．其T作频率很难提高，而无阀式压电泵则有希望获得较高频率下的工作能力。目前国内、国外学者在压电泵的无机械式单向阀研究方

5、较高频率下的工作能力。目前国内、国外学者在压电泵的尢机械式单向阀研究方北京工业丈学烹学碌士学位论文面提出了一些观点112．161，但是工作机理研究仍处在发展阶段，有关理论研究有待发展完善。本课题将利用“Y”型流管的正、反向流动阻力差的原理设计了“Y”型流管无阀压电泵，通过实验确定“Y”形流管各参数对流动阻力的影响；然后建立“Y”形流管中的流体动力学模型并基于有限体积法进行计算流体动力学模拟。目前在国内外尚未检索到与该研究有关的其他研究者的文献。本章，我们先简单介绍压电驱动技术、压电泵和无阀压电泵技术的发展现状，说明压电泵发展中存在的一些有待解决的问题，并在此基础上提出本文的研究方向。1．1压

6、电驱动技术1．1．1压电驭动器的产生与发展压电驱动技术是以压电学为基础发展起来的。压电学是关于压电体的弹性、压电性、介电性与光控磁控等物性的基本理论与应用的学科，早在40年代就己成为物理学的一个重要分支‘17‘19】。近二十年来，随着现代科学技术的发展，压电学已深入到各个学科和技术领域，由此出现了许多性能优良的压电、铁电材料及其功能器件，并已在电子、激光、超声、微波、导航及生物学等方面获得了广泛应用。从而为压电驱动技术的发展奠定了良好的材料学与器件学基础。压电驱动技术是压电学在机械领域中的延伸与发展。压电驱动器的主要实现过程是振动的生成与转换，因而要求作为动力器件的压电体提供较大的振动或振动

7、激励，同时要求转换机构效能较高而结构简单，这给压电学与超声学提出了新的课题。此外压电驱动器也是一个机电的耦合系统，它是一个多学科交叉的综合研究领域，它的发展也依赖于材料学、电子学、机械力学、实验科学等的发展。最早开发的、也是发展最快的一类压电驱动器是压电超声波马达早在1970年一1972年，德国的西门子公司和日本的松下公司即申报了超声马达的实用新型专利，1973年，IBM公司的H．V．Barth先生提出了另一