“y”型流管無閥壓電泵的模擬及實(shí)驗(yàn)研究

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1、獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究丁作及瞅得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一問工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。簽名：奄毛盔包R期：生≤壘§盟竺宴關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)

2、定)簽名：：5塞；查L導(dǎo)師簽名日期：碰!蘭!堡第1章緒論在流體機(jī)械的發(fā)展過程中，泵作為流體的驅(qū)動(dòng)和傳輸裝置，至今己經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展和演變，從有記載的最早的泵模型，入力水車、屏水車到現(xiàn)在微機(jī)械泵，泵的發(fā)展經(jīng)歷著從低功率、大體積到高功率微體積的翻天覆地的發(fā)展。最早的泵裝置大都是帶有提升的下沖式水車。當(dāng)提斗潛入水中時(shí)在裝滿水的同時(shí)被水流推動(dòng)，沿水流方向而運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)提斗被轉(zhuǎn)輪帶至最高點(diǎn)時(shí)，水就會(huì)注入集水槽。這種機(jī)械巧妙地利用了水流的能量用以提升和輸送，盡管其效率功率都難以有很大提高，但其結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，至今一些地區(qū)仍在使用這種裝置川。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新機(jī)構(gòu)、新驅(qū)動(dòng)形式的

3、不斷產(chǎn)生，流體泉的機(jī)理和結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)展。每當(dāng)一種新的驅(qū)動(dòng)形式出現(xiàn)，都會(huì)引發(fā)泵的工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。近年來，壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為種全新概念的驅(qū)動(dòng)方式正蓬勃興起。壓電驅(qū)動(dòng)利用壓電材料的壓電效應(yīng)形成壓電驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)、位移或變形，直接驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件。由于壓電驅(qū)動(dòng)具有體積小、單位體積輸出功率大、無電磁輻射、便于小型化等優(yōu)勢，在中小驅(qū)動(dòng)功率機(jī)械、精密機(jī)械、微型機(jī)械等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景¨“。壓電泵是壓電驅(qū)動(dòng)器的黿要分支，它是利用壓電振子作為換能器的流體傳輸裝置。對(duì)于它的研究可以追溯至19世紀(jì)七十年代。如今在微機(jī)械領(lǐng)域受到很高的重視，顯示出特有的潛力和廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。同傳統(tǒng)泵相比，壓電泵的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、

4、體積小、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾，可根據(jù)施JJu電壓或頻率控制輸出流量等【”。因此，壓電泵具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在醫(yī)療【7、”、化學(xué)分析f91、航空航天以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供㈣給等領(lǐng)域都可應(yīng)用。目前世界上許多國家(如日本、美國、荷蘭、瑞典、中國等)都在進(jìn)行壓電泵的研制丌發(fā)工作。歷經(jīng)一十多年的發(fā)展，具有某些功能的小型壓電泵已商品化，滿足更高功能要求的壓電泵正在進(jìn)一步研制丌發(fā)中。早期的壓電泵大多在往復(fù)式泵腔上利閂j機(jī)械結(jié)構(gòu)的單向閥形成輸出?J，由丁單向閥執(zhí)行原件具有慣性．其T作頻率很難提高，而無閥式壓電泵則有希望獲得較高頻率下的工作能力。目前國內(nèi)、國外學(xué)者在壓電泵的無機(jī)械式單向閥研究方

5、較高頻率下的工作能力。目前國內(nèi)、國外學(xué)者在壓電泵的尢機(jī)械式單向閥研究方北京工業(yè)丈學(xué)烹學(xué)碌士學(xué)位論文面提出了一些觀點(diǎn)112．161，但是工作機(jī)理研究仍處在發(fā)展階段，有關(guān)理論研究有待發(fā)展完善。本課題將利用“Y”型流管的正、反向流動(dòng)阻力差的原理設(shè)計(jì)了“Y”型流管無閥壓電泵，通過實(shí)驗(yàn)確定“Y”形流管各參數(shù)對(duì)流動(dòng)阻力的影響；然后建立“Y”形流管中的流體動(dòng)力學(xué)模型并基于有限體積法進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬。目前在國內(nèi)外尚未檢索到與該研究有關(guān)的其他研究者的文獻(xiàn)。本章，我們先簡單介紹壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)、壓電泵和無閥壓電泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，說明壓電泵發(fā)展中存在的一些有待解決的問題，并在此基礎(chǔ)上提出本文的研究方向。1．1壓

6、電驅(qū)動(dòng)技術(shù)1．1．1壓電馭動(dòng)器的產(chǎn)生與發(fā)展壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以壓電學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。壓電學(xué)是關(guān)于壓電體的彈性、壓電性、介電性與光控磁控等物性的基本理論與應(yīng)用的學(xué)科，早在40年代就己成為物理學(xué)的一個(gè)重要分支‘17‘19】。近二十年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓電學(xué)已深入到各個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，由此出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的壓電、鐵電材料及其功能器件，并已在電子、激光、超聲、微波、導(dǎo)航及生物學(xué)等方面獲得了廣泛應(yīng)用。從而為壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的材料學(xué)與器件學(xué)基礎(chǔ)。壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是壓電學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域中的延伸與發(fā)展。壓電驅(qū)動(dòng)器的主要實(shí)現(xiàn)過程是振動(dòng)的生成與轉(zhuǎn)換，因而要求作為動(dòng)力器件的壓電體提供較大的振動(dòng)或振動(dòng)

7、激勵(lì)，同時(shí)要求轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)效能較高而結(jié)構(gòu)簡單，這給壓電學(xué)與超聲學(xué)提出了新的課題。此外壓電驅(qū)動(dòng)器也是一個(gè)機(jī)電的耦合系統(tǒng)，它是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合研究領(lǐng)域，它的發(fā)展也依賴于材料學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械力學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)等的發(fā)展。最早開發(fā)的、也是發(fā)展最快的一類壓電驅(qū)動(dòng)器是壓電超聲波馬達(dá)早在1970年一1972年，德國的西門子公司和日本的松下公司即申報(bào)了超聲馬達(dá)的實(shí)用新型專利，1973年，IBM公司的H．V．Barth先生提出了另一