基于悬臂梁阀的微型压电泵的实验研究

利用压电晶片致动式压电泵的工作原理,提出一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂梁式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了实验样机,并对该泵的工作性能进行了较为系统的实验测试和研究,并提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。通过实验测试:该泵工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比(样机尺寸:15 mm×1.8 mm;50 V正弦信号输入,80 Hz条件下,最大输出压力22 kPa,流量达到3.6 m l/m in)。该泵的设计方法及所用制作工艺对研发适于大量生产的实用微型泵是一个有益的尝试。     

悬臂式微型压电泵的试验研究

利用压电晶片致动式压电泵的工作原理,提出一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了试验样机,并对该泵的工作性能进行了较为系统的试验测试和研究。通过试验测试：该泵工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比。该泵设计方法及制作工艺对研发适于大量生产的实用微型泵是一个有益的尝试。     

微型压电泵的实验研究

提出一种由压电晶片驱动的新结构微型泵,选用悬臂梁式单向阀,并采用迭片技术。在实验室中设计、制作了实验样机,其中重要件如泵体和金属单向阀片均通过精密机械加工工艺制作而成。通过系统的实验测试和研究得出了许多有益的实验结果:工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比(样机尺寸:Φ15mm×1.8mm;50V正弦信号输入,80H z条件下,流量达到3.6mL/m in,最大输出压力22kPa;微泵的自身泵送频率fsp达到12.4)。同时也提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。设计方法及所用制作工艺对研发适于大量生产的实用微型泵是一个有益的尝试。     

声控微型无阀压电喷流泵

摘要：提出了一种声控微型无阀压电喷流泵,利用声控电路控制无阀压电泵开启、关闭和喷流状态,实现了无需信号发生器直接驱动压电泵工作。阐述了声控电路设计结构和工作机理,设计并加工了声控振荡电路和声控开关电路板,并与无阀压电喷流泵匹配进行了系统调试,实验结果表明：压电泵喷流状态随外界声音频率、振幅变化而变化,声音频率越高、振幅越大,压电泵喷流高度增高,出水量增大;当声音频率与压电泵基频产生共振时,压电泵达到最佳喷流效果。     

压电薄膜喷流泵研究

将压电流体驱动技术和仿生技术、喷流推进技术结合,提出了一种新型的压电喷水推进装置,并对该装置的核心部件—压电喷流泵进行了研究。详细分析和介绍了泵的结构及工作原理,设计制作了实验用样机,并进行了性能测试。实验测试表明,该泵工作性能稳定,喷流量大,在正弦信号激励下,电压为190 V,工作频率为140 Hz时,最大喷流量可达到714 ml/min。     

半柔性阀压电泵理论与实验

根据静脉瓣结构形式,设计了一种半柔性阀压电泵。首先,介绍了半柔性阀压电泵的结构及工作原理;其次,对阀体进行了理论分析;最后,加工了实验样机,对样机进行性能测试实验。实验结果表明:在驱动电压为220V、频率为7Hz时,半柔性阀压电泵的进出口压差可达到199mm;在驱动电压为220V、频率为11Hz时,半柔性阀压电泵的实验流量为44.5ml/min。随着驱动电压的升高,工作频率与流量出现单峰与双峰的现象。该研究证明了半柔性阀压电泵具有泵的功能并可以实现有阀和无阀状态,验证了其有效性和理论分析的正确性。     

双腔串联两阀与三阀压电泵的性能研究

研究了双腔串联两阀压电泵与三阀压电泵的输出性能,分析了这两种泵的结构和工作原理,理论分析得出:三阀泵输出性能优于两阀泵。设计制作了两阀泵与三阀泵实验样机,并通过实验测试证明了理论分析的正确性。分别对两阀泵和三阀泵进口腔和出口腔独立工作时流量输出进行了实验测试,并把进口腔和出口腔独立工作时输出流量相加之和,与两腔一起交叉工作时进行了比较。实验测试表明:两阀泵和三阀泵样机在200 V交流驱动电压下,最大输出流量分别 为972 ml/min和1 035 ml/min,最大输出压力分别为28.7 kPa和40 kPa,最大自吸高度分别为0.41 m和0.43 m水柱高。     

双腔体压电泵的设计

由于自吸性差、对气泡敏感等原因,单腔体压电泵在应用中受到限制,而多腔体结构是提高压电泵性能的有效途径.通过分析腔体容积与压力变化过程得出:双腔体串联压电泵只能采用串联驱动方式而不能采用并联驱动方式,双腔体并联压电泵只能采用并联驱动方式而不能采用串联驱动方式.制作双腔串联、并联压电泵样机并进行测试可以得出:串联压电泵在驱动电压200 V,频率152 Hz时,输出流量达到最大为1 150 ml/min;并联泵在压电驱动电压140 V,频率220 Hz时,输出流量达到最大为640 ml/min;因此多腔泵采用腔体串联结构能提高压电泵的工作效率,提高泵的工作性能.     

双腔体压电泵设计方法研究

由于自吸性差、对气泡敏感等原因,单腔体压电泵在应用中受到限制,采用多腔体结构是提高压电泵性能的有效途径。通过分析腔体容积与压力变化过程得出：双腔体串联压电泵只能采用串联驱动方式而不能采用并联驱动方式,双腔体并联压电泵只能采用并联驱动方式而不能采用串联驱动方式。制作双腔并联、串联压电泵样机进行测试：串联压电泵在驱动电压200VAC,频率152Hz时,输出流量达到最大为1150ml/min,并联泵在驱动电压140VAC,频率220Hz时,输出流量达到最大为640ml/min;因此多腔泵采用腔体串联结构能提高压电泵的工作效率,提高泵的工作性能。     

无阀压电泵的流固耦合仿真及试验验证

提出利用结构分析软件ANSYS和流体分析软件ANSYS CFX对无阀压电泵进行流固耦合仿真分析,以研究无阀压电泵的输出性能。分别对进口在中间出口在一侧、出口在中间进口在一侧、进出口对称布置的3种不同结构形式的无阀压电泵进行了流固耦合仿真分析。结果显示,上述3种无阀压电泵中,出口在中间进口在一侧结构形式的无阀压电泵的宏观输出流量最大。制作了3种无阀压电泵的试验样机,并搭建了相应的试验测试系统,在幅值为45 V、频率为0~700Hz的正弦信号激励下对其输出流量进行了测试。结果表明,3种不同结构形式的无阀压电泵的最大输出流量分别为3.8、6.0和4.0ml/min,出口在中间进口在一侧的压电泵输出流量最大,与流固耦合仿真分析的结果相吻合,验证了本文提出的流固耦合仿真分析的方法可以指导压电泵的设计。     

Piezoelectric pump with flexible venous valves for active cell transmission

The development of organ-on-a-chip systems demands high requirements for adequate micro-pump performance, which needs excellent performance and effective transport of active cells. In this study, we designed a piezoelectric pump with a flexible venous valve inspired by that of humans. Performance test of the proposed pump with deionized water as the transmission medium shows a maximum output flow rate of 14.95 mL/min when the input voltage is 100 V, and the pump can transfer aqueous solutions of glycerol with a viscosity of 10.8 mPa·s. Cell survival rate can reach 97.22% with a yeast cell culture solution as the transmission medium. A computational model of the electric-solid-liquid multi-physical field coupling of the piezoelectric pump with a flexible venous valve is established, and simulation results are consistent with experimental results. The proposed pump can help to construct the circulating organ-on-a-chip system, and the simple structure and portable application can enrich the design of microfluidic systems. In addition, the multi-physical field coupling computational model established for the proposed piezoelectric pump can provide an in-depth study of the characteristics of the flow field, facilitating the optimal design of the micro-pump and providing a reference for the further study of active cell transport in organ-on-a-chip systems.     

一种压电式精密输液微泵的试验研究

提出了一种用于精密输液的压电驱动式微型泵,该泵在结构、原理上均有别于传统泵.在实验室中设计、制作了实验样机,同时为取得控制流体精密输送的方法与规律,自行设计、制作了专用电源.通过系统的实验测试和研究进一步验证:压电驱动式微泵性能稳定、能够实现流体的精密输送、且适于微小型化,可为研发具有实用意义的精密输液微泵提供有益借鉴.     

微型压电泵中腔高对气泡滞留的影响规律

气泡滞留会严重地损害微型压电泵的输出性能,因此减少气泡滞留将有效地提高压电泵系统的稳定性和可靠性。泵腔作为气泡滞留的主要区域,同时是决定输出性能的重要元素,所以改变腔高将对气泡滞留产生重要的影响。本文从气泡压力降和输出压力两个方面建立数学模型,以此分析腔高对气泡滞留的影响规律,最后通过气泡滞留实验进行验证。实验结果表明,腔高为0.15mm时,压电泵具有优良的输出性能和排气泡能力,在进入120个0.02mL气泡后,压电泵仍具有稳定的输出压力(8.1kPa)和输出流量(4.2mL/min);腔高为0.05mm和0.20mm时,压电泵在进入一个气泡后即丧失了工作能力,排气泡能力差,而腔高为0mm和0.10mm时,压电泵分别进入47和70个气泡后丧失了工作能力。实验表明选取合理的腔高可以有效地减少气泡的滞留。     

压电微小泵的参数优化

利用ADINA软件的分析结果，对压电微泵关键参数进行了分析，针对不同的应用要求，提出了比较具体的设计建议。     

组合式压电驱动芯片水冷系统

为了提高压电驱动芯片水冷系统的适用性、可维护性以及冷却效率,本文提出一种组合式压电驱动芯片水冷系统。首先,测试和分析了芯片水冷系统中组合式泵单元在220Vpp方波驱动下不同组合方式(串/并联)、泵工作数量以及相对位置时的输出性能,接着,基于组合式泵单元的试验结果进行芯片水冷系统的水冷效果研究。实验结果表明:串联组合双泵工作时,双泵位于串联组合首尾位置(AD)时性能较优,在30Hz时获得最大输出压力(25kPa);串联组合四泵工作时,分别在35Hz和55Hz获得了最大压力(23.5kPa)和最大流量(13.5mL/min);并联组合双泵工作时,双泵都位于组合首位(AC)时性能较差;并联组合四泵工作时,分别在50Hz和60Hz获得最大输出流量(22mL/min)和最大输出压力(12.6kPa);通过串并联以及泵工作数量的切换获得了芯片水冷系统的冷却效果,不同的组合方式以及泵工作数量可以获得不同的冷却效果。获得了组合式压电驱动芯片水冷系统的驱动参数,为计算机芯片有效散热提供一条新途径。