一种仿生型无阀压电泵

针对传统的容积型流阻差式无阀压电泵具有吸入周期和排出周期,存在着流动脉动大、流量小的问题,提出一种新型的鱼鳍摆动式无阀压电泵。模仿在鱼类中巡游速度最快的金枪鱼的鱼体结构,设计了压电双晶片结构的压电振子,并将其尾鳍设计成柔性叶片状。分析了压电双晶片结构悬臂梁的受力变形、模态振型在机电转换效率方面的关系。研制了泵的样机并测量了激励电压在100 V时泵的流量。实验结果表明:振子工作在1阶振型时,泵水效应不明显;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。     

柔性尾长对尾鳍式压电泵的影响

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。     

弯曲摆动无阀式压电泵理论分析与模拟

设计一种新型弯曲摆动无阀式压电泵,并对其进行理论分析,根据压电泵的尺寸、结构和动力学模型,对压电振子的位移响应进行分析;采用有限元分析的方法利用该公式函数对弯曲摆动式无阀压电泵进行仿真分析,得到该压电泵的内部流场特性,得到该压电泵出入口流速和内部压强的变化情况.对本文压电泵输出流量与频率的关系进行分析,结果表明:压电泵在工作频率在左右达到最大输出流量,具有较好的输出流量特性.     

单振子双腔体无阀压电泵结构设计与机理分析

提出了一种单振子双腔体无阀压电泵,应用小挠度弹性弯曲理论导出了圆形复合压电振子的弹性曲面微分方程,分析了采用一个压电振子形成两个工作腔体压电泵的结构和工作机理,并与单振子单腔体压电泵对比分析了该结构与输出流量的关系。设计研制了结构独特、输出性能更高的单振子双腔体无阀压电泵,通过试验表明:单振子双腔体无阀压电泵比单振子单腔体无阀压电泵输出流量有明显提高。     

非对称分叉流管无阀压电泵的设计及试验

具有微混合功能的多级Y型流管无阀压电泵存在着输出流量与振子带载能力不平衡的问题。为此，提出了一种非对称分叉流管无阀压电泵。首先，理论分析了该无阀压电泵输出流量与流管流阻间的关系；其次，利用有限元软件数值计算了多级Y型流管的流阻特性；最后，采用光固化快速成型技术加工了样机，并进行了泵特性试验和振子振动测试。试验结果表明：在峰峰值200 V正弦波交流电驱动下，该压电泵的流量、扬程和压电振子的振幅都随驱动频率增加呈现先增大后减小的趋势；当驱动频率为31 Hz时，最大流量为4 g/min；驱动频率为38 Hz时，最大扬程为40.5 mmH2O。在试验施加电压范围内，该泵的输出性能与驱动电压呈正相关性。本研究验证了非对称流道树型无阀压电泵的可行性，为非对称无阀压电泵在微流道滴灌和微混合等领域的应用提供了参考。     

变截面“Y”型流管无阀压电泵原理及试验

根据三通全扩散/收缩流管的结构形式,设计了一种无阀压电泵——变截面“Y”型流管无阀压电泵。首先,分析了变截面 “Y”型流管无阀压电泵的工作原理;然后,对变截面“Y”型流管流阻和泵流量进行理论分析,对变截面“Y”型流管进行模拟,得到流管正反向压强损失系数;最后,制作变截面“Y”型流管无阀压电泵样机,并进行流量试验。试验表明：当驱动电压为100 V、驱动频率为12.4 Hz时,流量达到最大,为25.7 ml/min;使用定频12.4 Hz改变电压,当电压为200 V时,最大流量达到41.6 ml/min。该组试验证明了变截面“Y”型流管无阀压电泵的有效性。     

泵用压电振子动态特性的研究

为了提高压电泵的效率、优化压电泵的结构,对泵用压电振子的动态特性进行了研究。介绍了一种新型压电泵——Y形流管无阀压电泵的结构和工作原理;对Y形流管无阀压电泵压电振子的振动状态进行了理论分析,得到了压电振子的固有频率及最大振幅的理论计算公式,并证明了理论分析结果的正确性;根据理论分析结果,对压电振子几何参数和基底层材料对其振动特性的影响进行了分析讨论。分析结果表明：压电振子的PZT层与基底层的直径比应在0.75左右,厚度比应小于1;基底层材料对频率影响较大,但对最大振幅影响较小。     

刚柔结构仿尾鳍压电双晶片无阀泵的实验研究

利用结构的摆动振动驱动流体单向流动,和传统的利用结构的不对称性形成泵功能的无阀流体驱动原理相比,具有更易于微小型化、效率高、流动脉动小、无回流等优势,而仿尾鳍振子端部的柔性尾鳍结构是高效泵水的关键部件。首先,通过无流量的压差测量法测得了柔性尾长在2~18mm范围内压差峰值随频率的变化关系;其次,利用激光多普勒测振仪测得了摆动振子在水中的振动模态,与压差实验结果进行了对比分析,确定了压差峰值与振子振型的对应关系;最后,通过对振子的分解,讨论了柔性尾鳍与振子主体部分的耦合关系,解释了最佳工作振型在振子主体部分二阶弯振附近波动的现象。结果表明:摆动振子工作在近似无限水域中,前3阶弯振均可测得压差;柔性尾长为4mm和6mm时,压差达到最大值55mm;不同柔性尾长的摆动振子取得最大压差时的工作频率,在无柔性尾鳍振子的二阶弯振模态频率附近波动。     

“V”型管无阀压电泵用双压电复合振子的振动性能分析

该文介绍了"V"型管无阀压电泵及其所采用的振子的结构.通过建立双压电复合振子的有限元模型,分别对其进行静力学分析与模态分析,研究了不同的基底材料以及结构参数对双压电复合振子的振幅以及谐振频率的影响.所得到的结果为"V"型管无阀压电泵的优化改进提供了参考依据.     

细胞或高分子输送用"Y"形流管无阀压电泵的工作原理及流量特性

在泵腔上安装两支互为倒置的具有一定夹角的三通流管,组成泵腔的流入、排出口,并与压电振子、泵体及其他部件共同构成了"Y"形流管无阀压电泵.该泵无自身化学污染源及电磁污染源,也没有阀的开启过程;同时,具有极大的可微小化和集成化的结构能力;而且,在流管内产生的漩涡相对较小,有利于输送活体细胞及长链高分子.提出新型"Y"形流管无阀压电泵的结构.基于有限体积法,分别模拟锥形流管与"Y"形流管中的压力分布与速度矢量分布,证明"Y"形流管中的漩涡远小于圆锥流管中的漩涡,速度、压力的变化也较圆锥流管低.通过具体分析压电振子的振动,建立泵容积变化方程;同时建立泵流量与压电振子频率之间的关系式.最后,通过对所研究的"Y"形流管无阀压电泵进行流量试验后证明"Y"形流管无阀压电泵具有泵特性,进而证明了上述理论模型的正确性.