无阀压电泵用平面锥管流动特性实验研究及数值分析

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1、江苏大学硕士学位论文摘要锥管流动具有沿扩散方向与收缩方向流动阻力系数不同的特性，从锥管结构作为动态被动阀应用于无阀微泵开始，锥管流动的研究一直都受到人们的关注。由于锥管结构尺寸及管内流动雷诺数的影响，存在扩散方向流阻系数小于收缩方向流阻系数和扩散方向流阻系数大于收缩方向流阻系数两种流阻特性的锥管结构。基于无阀压电微泵内部流动雷诺数范围，本文通过实验研究及数值分析的方法对平面锥管的流阻特性及两种类型流管的流阻特性转换规律进行了研究。首先对平面锥管的研究现状进行简要概述，并对平面锥管流动进行分析总结，根据流阻特性将平面锥管分为两类：I类管和II类管，分别对应扩

2、散方向流阻较小和收缩方向流阻较小两种流阻特性。分析并确定锥管的锥角，长宽比及流动雷诺数三个影响流管流阻特性的影响因素。建立平面锥管结构模型，对流管分别进行实验研究及数值分析，获得一定压差或流动雷诺数工况下，平面锥管流阻特性随流管尺寸的变化规律。设计制作了24片不同尺寸的平面锥管，并利用压差法实验原理进行实验研究。调节流管进口压力，测量进出口压差在0．001MPa加．1MPa范围时，流动沿流管扩散和收缩两个方向流动的流量。计算得到不同压差工况下流管效率即收缩方向与扩散方向流阻系数的比值的变化规律。实验结果表明：随进出口压差不同，两种流阻特性流管的转换尺寸不同

3、，进出口压差为O．001MPa时，流管多呈I类管流阻特性，随着压差的增大，管长越短、锥角越大的流管越早转换为II类管流阻特性。压差大于0．001MPa时，锥角对流管效率的影响随管长增大而增大，压差大于0．001MPa后，流管效率受压差的影响减弱。对平面锥管进行数值模拟，获得了雷诺数为100．2000范围内流管流阻特性随尺寸的变化规律。计算结果与实验结果匹配，通过流管内部流场分析可知雷诺数为100时，流管扩散方向流阻系数随锥角增大而减小，随长宽比增大而增大，当雷诺数超过500后情况相反。数值分析结果显示，流动雷诺数不同时，流管的流阻特性差异较大，因此在实际工

4、程设计中应当合理设计流管尺寸。当流管应用工况胎100时，宜选用呈I类管流阻特性锥角约20。、长宽比约为10的流管；当R倒500时，宜选用呈II类管流阻特性锥角约40。、长宽比约为1的流管。当无阀压电泵用平面锥管流动特性实验研究及数值分析雷诺数增大时，宜适当减小锥角。最后，建立带有不同尺寸平面锥管的无阀压电泵模型，运用CFX动网格技术模拟压电振子运动，获得了平面锥管无阀压电泵在幅值为100V、频率为100Hz的正弦电压驱动下的进出口流量曲线。泵中应用锥管的三种尺寸分别为锥角为5。、长宽比为1和20，锥角为30。、长宽比为l，分别记为1、2、3号。其中1、3号

5、流管呈II类管流阻特性，2号流管呈I类锥管流阻特性。计算结果带有1号管的无阀压电泵泵送方向与带有2号管的泵泵送方向相反与3号管的泵送方向相同。关键词：无阀压电泵；平面锥管：流动特性；实验研究；数值模拟；动网格ⅡABSTRACT7rhereisanowcharacteristicofdifmser／nozzlecallednowrectincationthattwonowresistancesill咖directio璐龇℃difE．erem．S．mCeithadbeenusedinvalvelessmicropump勰adyn锄icpaSsivcValvef

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