【摘要】：收縮管/擴(kuò)張管型無閥壓電微泵可以實現(xiàn)微小流量流體的精確輸運,是微流控系統(tǒng)的重要組成部分。由于具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單和響應(yīng)速度快等優(yōu)點,無閥壓電微泵在微機(jī)電系統(tǒng)、醫(yī)療器械和生化工程等領(lǐng)域具有越來越廣闊的應(yīng)用前景。但是當(dāng)無閥微泵中出現(xiàn)氣泡和氣穴時,無閥微泵的工作性能和使用壽命大大降低,甚至無法正常工作,這已經(jīng)成為無閥微泵的一個難題。因此本課題研究存在氣泡和氣穴時無閥微泵的動態(tài)特性是十分必要的。 利用流體力學(xué)基本理論以及液體中氣泡和氣穴產(chǎn)生機(jī)理建立了存在氣泡和氣穴時無閥微泵動態(tài)數(shù)學(xué)模型。同時基于液體中氣體的溶解和析出物理過程,提出了氣泡和氣穴體積計算數(shù)學(xué)模型。此外基于錐管的特點,分別給出了收縮管和擴(kuò)張管的流量方程和阻力系數(shù)計算表達(dá)式。 利用等徑液壓直管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)壓力脈動過程,對氣泡和氣穴數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗證。建立了壓力脈動過程中存在氣泡和氣穴時管路瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型,包括基本方程和摩擦阻力項。采用有限差分法對液壓管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)過程進(jìn)行仿真。利用兩個壓電式壓力傳感器記錄所在位置的瞬態(tài)壓力脈動值,并采用高速攝像機(jī)拍攝氣泡和氣穴產(chǎn)生及破滅過程,從而驗證氣泡和氣穴數(shù)學(xué)模型的正確性。 采用遺傳算法(Genetic Algorithms, GAs),利用管路瞬態(tài)仿真及試驗結(jié)果對氣泡模型中三個未知參數(shù)即初始?xì)馀蒹w積V_(ib)、氣體溶解時間常數(shù)τ_(in)和氣體析出時間常數(shù)τ_(out)進(jìn)行參數(shù)辨識。 基于無閥微泵動態(tài)數(shù)學(xué)模型,在同時考慮氣穴產(chǎn)生和破滅過程以及氣泡溶解和析出過程的情況下,對存在氣泡和氣穴時微泵動態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究。分析了不同錐管尺寸、不同泵腔尺寸、不同振動幅值和頻率以及不同初始?xì)馀蒹w積對存在氣泡和氣穴時微泵動態(tài)特性的影響,包括泵腔壓力、出口流量、出口累積流量、氣穴體積和氣泡體積的變化。采用有限元分析方法分析了振動薄膜的特性,包括薄膜最大體積變形量、薄膜剛度和最佳工作頻率。 對收縮管/擴(kuò)張管型無閥壓電微泵進(jìn)行了試驗研究,包括微泵性能測試、泵腔壓力脈動動態(tài)測試和泵腔中氣泡的觀測等,并提出了修正后的薄膜最大體積變形量計算方法。其中微泵的性能測試包括出口流量和背壓測試。采用安裝在泵腔上的壓阻式微型壓力傳感器完成微泵泵腔壓力脈動測試。同時,采用高速攝像機(jī)拍攝泵腔中氣泡的變化,包括移動、分離和合并等過程,以驗證數(shù)學(xué)模型和仿真方法的正確性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH137.51

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李汝寧;何勇靈;;基于遺傳算法的柴油機(jī)噴油系統(tǒng)模型參數(shù)辨識[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2012年04期

2 何勇靈;李汝寧;;氣泡模型在噴油系統(tǒng)模型仿真中的應(yīng)用[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2011年03期

3 李汝寧;何勇靈;馮興;;氣液兩相條件下柴油發(fā)動機(jī)噴油系統(tǒng)建模[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 蘇文海;直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及其控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 劉吉曉;無閥微流控閉環(huán)調(diào)焦系統(tǒng)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 楊業(yè)海;高機(jī)動性越野車油氣懸架系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[D];吉林大學(xué);2012年

3 夏俊超;激光沖擊波驅(qū)動無閥微泵的研制[D];華中科技大學(xué);2013年

4 王浩;壓電驅(qū)動式胰島素泵的理論與實驗研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號：2768943