本文關(guān)鍵詞：附壁射流無(wú)閥壓電微泵流固耦合建模，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為解決壓電微泵流固耦合問(wèn)題,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其性能,提出了一種針對(duì)附壁射流無(wú)閥壓電微泵的流固耦合模型。提出了帶有流體壓力載荷項(xiàng)的雙層結(jié)構(gòu)振子振動(dòng)模型。依據(jù)彈性薄板小撓度彎曲理論,考慮到振子壓電陶瓷-彈性基板雙層結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出了帶有流體壓力載荷項(xiàng)的雙層結(jié)構(gòu)振子振動(dòng)模型,并利用疊加原理將非齊次高階振動(dòng)方程拆分為齊次貝塞爾方程和非齊次靜態(tài)方程分別進(jìn)行求解,得到了振子在電壓驅(qū)動(dòng)和流體壓力載荷下的振子振幅及振子本身無(wú)徑向、周向節(jié)線(xiàn)的一階固有頻率。對(duì)空載壓電振子進(jìn)行了激光測(cè)振試驗(yàn),并將試驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。利用陽(yáng)極鍵合封裝技術(shù)制作了硅基的附壁射流無(wú)閥壓電微泵。理論分析了該微泵的基本原理。利用數(shù)值模擬方法對(duì)該微泵流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,詳細(xì)分析了該微泵的工作原理、工作過(guò)程以及附壁射流元件錐管角度、雷諾數(shù)、頻率等對(duì)微泵輸出性能及內(nèi)流特性的影響。搭建高速數(shù)碼攝像試驗(yàn)臺(tái),測(cè)量了樣泵進(jìn)出口瞬時(shí)流量,并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明該微泵利用附壁效應(yīng)造成的不對(duì)稱(chēng)排出實(shí)現(xiàn)了流體定向泵送,微泵一周期內(nèi)存在吸入、未完全附壁和完全附壁三種工作狀態(tài)。泵腔射流是否完全附壁是影響微泵輸出性能的重要因素。適中的錐管角度(30°到45°)、高雷諾數(shù)和低頻率均有利于射流附壁。泵腔射流完全附壁情況下,該微泵容積效率可能突破50%;提出了附壁射流元件內(nèi)流體瞬態(tài)流動(dòng)模型。用非定常伯努利方程描述微泵內(nèi)流體的能量,提出了含有非定常項(xiàng)的水頭損失形式和損失系數(shù)。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果提出了未完全附壁狀態(tài)進(jìn)口瞬時(shí)流量線(xiàn)性變化假設(shè)和完全附壁狀態(tài)下卷吸流量線(xiàn)性變化假設(shè),并確定了相應(yīng)系數(shù)。結(jié)合連續(xù)性方程和非定常伯努利方程,提出了附壁射流元件內(nèi)流體瞬態(tài)流動(dòng)模型,數(shù)值模擬結(jié)果表明該流體瞬態(tài)流動(dòng)模型能夠準(zhǔn)確估計(jì)泵腔壓力;提出了附壁射流無(wú)閥壓電微泵流固耦合模型,對(duì)樣泵性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)流固耦合模型進(jìn)行了迭代求解,討論了方程組解的收斂過(guò)程,提出了相應(yīng)的無(wú)量綱殘差和閾值。利用流固耦合模型對(duì)微泵性能進(jìn)行了預(yù)測(cè),計(jì)算了壓電振子在濕模態(tài)下的一階無(wú)徑向或周向節(jié)線(xiàn)的固有頻率,并對(duì)該微泵特定工況下的瞬時(shí)壓力、泵腔流量、出口流量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示微泵最大流量頻率滯后于振子濕模態(tài)無(wú)徑向節(jié)線(xiàn)或周向節(jié)線(xiàn)的固有頻率。搭建微泵外特性測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)和激光測(cè)振試驗(yàn)臺(tái),對(duì)樣泵的輸出流量和最大振幅等進(jìn)行了測(cè)量,并與模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明該流固耦合模型能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)振子一階濕模態(tài)固有頻率附近的附壁射流無(wú)閥壓電微泵性能。
【關(guān)鍵詞】：流固耦合 無(wú)閥壓電微泵 附壁射流 壓電振子 動(dòng)力學(xué)建模
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-20
• §1.1 微機(jī)電系統(tǒng)與微流體系統(tǒng)11
• §1.2 微泵11-16
• §1.3 研究意義16
• §1.4 無(wú)閥壓電微泵建模現(xiàn)狀16-19
• §1.5 研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 雙層結(jié)構(gòu)壓電振子振動(dòng)模型20-36
• §2.1 壓電振子結(jié)構(gòu)20-21
• §2.2 彈性薄板理論基本假設(shè)21-23
• §2.3 本構(gòu)方程23-24
• §2.4 平衡方程與彎曲撓度24
• §2.5 振動(dòng)方程與振子位移24-30
• §2.6 雙層結(jié)構(gòu)振子振動(dòng)模型30-34
• §2.7 固有頻率34-35
• §2.8 本章小結(jié)35-36
• 第3章 附壁射流無(wú)閥壓電微泵內(nèi)部流動(dòng)原理36-54
• §3.1 基本結(jié)構(gòu)36-39
• §3.2 基本原理39-41
• §3.3 數(shù)值模擬41-43
• §3.4 高速數(shù)碼攝像試驗(yàn)43-45
• §3.5 內(nèi)流分析45-53
• §3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 附壁射流元件建模54-69
• §4.1 流阻形式54-59
• §4.2 未完全附壁流量估計(jì)59-64
• §4.3 完全附壁卷吸流量估計(jì)64-65
• §4.4 附壁射流元件瞬態(tài)流動(dòng)模型65-68
• §4.5 本章小結(jié)68-69
• 第5章 性能預(yù)測(cè)與試驗(yàn)69-81
• §5.1 流固耦合模型69-70
• §5.2 迭代求解70-71
• §5.3 收斂性判斷與閾值71-73
• §5.4 微泵性能預(yù)測(cè)73-76
• §5.5 試驗(yàn)原理76-78
• §5.6 試驗(yàn)結(jié)果78-79
• §5.7 本章小結(jié)79-81
• 第6章 總結(jié)與展望81-84
• §6.1 主要研究成果81-82
• §6.2 后續(xù)研究建議及展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 附錄89-97
• 致謝97-98
• 碩士期間發(fā)表論文情況98

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 平浚,賈炳煜;控制壓力流量對(duì)定常不可壓二元湍流附壁射流的影響[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);1986年04期

2 田勝元;李桂榮;;容器組焊全面通風(fēng)用周邊附壁射流的實(shí)驗(yàn)研究[J];通風(fēng)除塵;1993年01期

3 田勝元;李桂榮;;容器組焊全面通風(fēng)用“周邊附壁射流”的實(shí)驗(yàn)研究[J];暖通空調(diào);1993年03期

4 胡天群;柴恭純;鄭楚s

本文編號(hào)：255709