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结构对压电泵性能影响的理论和实验研究

作　者: 高冬冬
导　师: 杨志刚
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 压电驱动压电双晶片压电泵有限元
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 179次
引　用: 1次
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内容摘要

作为微机械系统的分支,压电驱动式微型泵受到各国研究人员的关注。对其所开展的研究不仅具有重要的学术价值,而且在生物、制药、化学分析、电子器件冷却等领域都具有广阔的应用前景。压电泵是以压电元件作为换能器的新型流体传输装置。本文从理论上分析了振子支撑状态、阀孔与阀心的距离、进出口阀在泵腔中的位置对压电泵性能的影响,并进行了相应的实验测试,从而为提高单腔或多腔压电泵的输出性能提供理论和实验依据。结合理论解析、有限元和实验测试三种方法,对压电双晶片振子的静、动态特性进行了较为全面的分析。引用了合适的理论模型来描述压电双晶片振子的振动特性,并分析了支撑方式对压电振子变形量、谐振特性的影响;建立了压电双晶片振子的有限元模型,对其静、动态特性做了有限元分析;对压电双晶片振子的静、动态特性进行了实验测试,从而验证了理论解析和有限元的正确性,为压电振子的选优奠定基础。结合粘性流体动力学、压电学、振动学以及压电泵结构设计理论,通过理论解析和有限元相结合的方法,分析了结构参数对压电泵性能的影响。对单腔体有阀压电泵的内部流场进行了有限元仿真,得到了泵体内的流动特性,通过分析泵体内压力、流速分布,得出结构参数对流体损失的影响规律,并提出了压电泵结构的改进方案。通过大量的单因素实验,详细研究了压电泵的几种主要结构参数对其性能的影响,对获得的实验数据进行了分析和讨论,在此基础上对现有压电泵进行了改进,制作了压电泵样机,进行了相关的实验测试、分析,获得了一批有实际借鉴意义的数据。本文的工作对今后压电泵的研究和设计具有一定的参考价值。

全文目录

提要  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 压电泵综述  9-14
  1.3 本文的研究意义及主要工作  14-16
第2章压电驱动的基础理论  16-22
  2.1 压电效应与压电陶瓷  16-17
  2.2 压电振子  17-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章压电振子的仿真分析与实验研究  22-34
  3.1 压电双晶片振子简介  22-24
  3.2 压电双晶片振子的振动理论  24-26
  3.3 压电双晶片振子的有限元分析  26-31
  3.4 压电双晶片振子的实验研究  31-33
  3.5 有限元法与实验测试的对比  33
  3.6 本章小结  33-34
第4章压电泵性能的理论研究  34-50
  4.1 单腔单振子压电泵的工作原理  34
  4.2 压电振子对压电泵性能的影响  34-36
  4.3 被动截止阀对压电泵性能的影响因素  36-38
  4.4 流体阻力对压电泵性能的影响  38-43
  4.5 进出口流道系统优化  43-46
  4.6 缓冲腔对泵性能影响的仿真分析  46-49
  4.7 本章小结  49-50
第5章压电泵性能的实验研究  50-72
  5.1 压电泵的样机构造  50-51
  5.2 实验设备与实验方案示意图  51-53
  5.3 压电泵在不同支撑状态下的输出特性实验  53-59
  5.4 缓冲腔对压电泵输出特性的影响  59-61
  5.5 阀孔与阀心的距离对压电泵输出特性的影响  61-64
  5.6 阀在泵腔中的位置对压电泵输出特性的影响  64-71
  5.7 本章小结  71-72
第6章结论  72-74
参考文献  74-79
摘要  79-82
ABSTRACT  82-85
致谢  85

结构对压电泵性能影响的理论和实验研究

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