单振子双腔体压电泵的输出性能实验

以单振子双腔体压电泵的输出压力和输出流量为测试参数，通过实验不仅对单振子双腔体与单振子单腔体压电泵的输出性能进行了对比分析，而且对压电泵结构及参数对输出性能的影响也进行了分析．实验结果表明：在提高驱动电压的前提下，双腔体压电泵的输出流量为单腔体压电泵输出流量的1．82倍，并且输出压力随驱动电压的增高而增高，缓冲腔、进水口以及止回阀等结构对压电泵的输出性能具有不同程度的影响，此结果为优化压电泵的结构设计提供了依据．     

输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究

为了提高压电泵的输出能力,采用压电双晶片进行驱动,设计了双腔并联被动截止阀压电泵,并加工了试验样机.对不同压电振子驱动方式(同步驱动或异步驱动)的双腔并联压电泵输出性能的影响规律进行了理论分析,分别以液体和气体为介质对样机进行了试验测试.测试结果表明:在110 V驱动电压下,工作频率小于400 Hz时,输送液体最大输出流量为1330 mL/min,2个振子异步驱动泵的输出能力好于同步驱动;输送气体最大输出流量为950 mL/min时,2个振子同步驱动和异步驱动泵的输出能力基本接近,从而确定了双腔并联压电泵输送流体时的最佳工作方式.     

单振子双腔体压电薄膜泵的研究

利用雕刻技术，以有机玻璃为原材料，加工制作了一种可双向工作的单振子双腔体压电薄膜泵，并对该结构压电泵的工作原理进行了阐述．通过对单振子双腔体压电薄膜泵的输出流量和压力的测试，得出在输入100V正弦交流信号时，它的最佳工作频率为20Hz，输出流量为785mL／min，输出压力为14kPa，表明单振子双腔体压电泵在低频工作时，其输出流量优于单振子单腔体压电泵，而且能够提高机械转化效率，工作过程无脉动现象．     

无阀压电泵噪声分析与探讨

通过对无阀压电泵样机的实验,发现噪声是阻碍压电泵广泛应用原因之一。在此基础上,不仅对压电振子、腔体中流体、驱动电压波形以及驱动电压、频率等因素产生噪声的原因进行了分析,而且提出降低无阀压电泵噪声的措施。     

Y型双入-双出水流道无阀压电泵研究

 针对Y 型单入-单出水流道无阀压电泵的输送流量较小, 设计了一种Y 型双入-双出水流道无阀压电泵结构。根据压电振子的结构尺寸、坐标及力学模型, 对压电振子中心振幅与理论容积变化量进行分析。对Y 型双入-双出水流道无阀压电泵流量进行理论计算。对两种压电泵进行流阻和流量的对比实验。结果表明:Y 型双入-双出水流道无阀压电泵效率及流量均大于Y 型单入-单出水流道无阀压电泵, 实验结果与理论分析基本一致。     

三腔蠕动式主动阀压电泵设计与实验研究

针对无阀压电泵截止性能和工作输出压力的不足,设计了一种新型三腔蠕动式主动阀压电泵,分析了蠕动式压电泵的工作原理,对蠕动式压电泵的结构进行了研究,建立了压电泵的核心部件——阀的结构模型.采用ANSYS软件对阀的结构参数进行了优化,得到了阀结构优化参数,并制作了压电泵实验样机,对压电泵的流量、背压进行了实验测试.实验结果表明:该主动阀压电泵输出水的最大流量为220mL/min,最大正向背压为15.8kPa,且泵气能力远大于泵水能力,最大泵气量为5142mL/min.该压电泵在医疗器械、液体冷却、生物工程等领域有广阔的应用前景.     

压电振子对压电泵极限输出压力的影响

为了解决压电泵设计中极限压力计算及压电振子的选用问题,提出了一种在恒定电压下通过压电振子参数计算压电泵极限输出压力的方法。在弹性小变形的基础上,应用弹性力学板壳理论的相关内容,通过振子变形量相等引入等效集中力及振子出力系数概念对压电振子的输出力特性进行研究,得出了等效集中力和压电泵极限输出压力关于压电振子参数的解析表达式。使用Matlab在各参数的常用范围内对模型进行了计算,分析了压电振子各个参数对极限输出压力的影响方式及取值范围。分析及实验结果表明:胶水的弹性模量及各层材料的泊松比对总体性能影响较小,在振子设计中不做考虑;基板厚度在0.8mm以下时,输出压力随其厚度增加而线性增加;在基板厚度大于0.4mm、陶瓷厚度小于0.3mm的条件下,陶瓷厚度降低输出压力增加现象最为明显,并且计算数值解与实验结果吻合。     

集成式计算机芯片水冷系统的研究

为了实现计算机芯片散热静音、高效的目的，研制了一种新型的、以双腔并联压电泵为动力源的计算机芯片水冷散热系统，解释了双腔并联压电泵的结构及工作原理，应用流体动力学、传热学等理论阐明了水冷散热器的设计方法，采用有限元分析软件对散热器进行了热量分布仿真，通过实验的方式，测试了水冷系统内部流量及风扇对计算机芯片散热效果的影响规律，通过与现有芯片CPU Cooler系列风冷散热器的对比实验，发现该水冷系统的散热效率较高，在相同工况、加热功率60W时，研制的集成式水冷系统所冷却的模拟芯片加热器的热平衡温度比CPU Cooler冷却时的温度低6℃，而到达热平衡的时间却缩短了35min。     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

脉动离心隔膜压电泵的原理与试验

针对有阀压电容积泵中压电元件的高频特性和单向阀的低频特性不兼容的问题,提出了脉动离心隔膜压电泵。它利用振动管内的液体在离心力的作用下产生定向流动的特性来驱动泵腔中的隔膜产生形变,从而改变泵腔体积,借助单向阀实现液体的定向输送。首先分析了其工作原理,其次建立了压电泵驱动部分的动力学模型,得出了振动频率、模态振型、离心力和振幅极限的计算表达式。最后制作了原理样机,测量了压电泵的阻抗特性、脉冲特性、流量和压力等性能,验证了理论分析的正确性。实验结果表明:该压电泵可以保持并精确输出液体脉冲,当驱动电压峰峰值为560V、振动频率为183.74Hz、吸液周期为0.4s、排液周期为0.1s,背压为0.3kPa时,去离子水输出流量为6.12mL/min。得到的实验数据证明了脉动离心隔膜压电泵的有效性。     

流体附加阻尼及其对微型泵输出性能的影响

为提高微型泵的输出能力,从理论上分析了流体对薄膜驱动器动态特性的影响规律,建立了流体作用力及附加阻尼的计算模型.通过理论分析,说明减小流体黏度、增加腔体高度和阀孔直径会降低流体附加阻尼和减小流体对驱动器的反作用力,从而可提高泵的最佳工作频率和输出流量.设计制作了压电泵,并进行了试验,以水和空气为介质测试的压电振子的基频分别为49 6 Hz和2 72 kHz,说明流体黏度对薄膜驱动器的基频有很大影响.试验结果表明,流体黏度的增加会降低驱动器的基频,增加阀孔直径可提高泵的输出流量和最佳工作频率.     

基于有限元的超声聚焦悬浮振子设计研究

针对精密硅晶片在传统夹持与运送过程中存在的问题,提出了基于超声聚焦悬浮的非接触夹持方式。利用纵弯复合振动原理及自聚焦原理设计了纵弯复合超声聚焦悬浮振子,基于有限元分析方法对其进行了结构动力学仿真分析,并对超声聚焦悬浮振子样机进行了阻抗和振动测试实验研究,为实现硅晶片的非接触超声聚焦悬浮操纵和安全运送奠定了研究基础。     

三叉四通管无阀压电泵的设计与试验

为了提高Y形管无阀压电泵的流量,基于三叉树的结构特征提出了一种三叉四通管无阀压电泵。模拟分析了三叉四通管的速度流线图,对比了该流管与Y形管的阻力特性,制作了2种流管的泵样机,进行了流量和压力差试验。研究结果表明：流体在三叉四通管中正、反向流动时均没有产生明显的旋涡,三叉四通管无阀压电泵的效率比Y形管无阀压电泵提高了22.69%。在220 V驱动电压下,三叉四通管无阀压电泵的最大流量为7.41 g/min,比Y形管无阀压电泵提升了21.47%;三叉四通管无阀压电泵的最大压力差为421 Pa,比Y形管无阀压电泵高出了79.17%。     

无阀压电泵驱动的集成式微混合器

设计了一种无阀压电泵驱动的集成式微混合器,其中无阀压电泵采用三棱柱阻变高度流道式结构。利用等效电路模型研究了无阀泵的流动特性,并应用Fluent软件对无阀泵及Y型微流道进行了系统仿真分析,确定了无阀泵和Y型微流道的结构参数,并优选出了系统控制参数。在实验室内制作了微混合器样机,并进行了脉动和混合效果实验,结果表明:当入口流量为0.7 mL/min、脉动频率为100Hz时,流道内脉动效果明显,由此验证了该微混合器具备良好的工作性能。此项研究可为无阀压电泵在微流控领域的应用提供借鉴。     

压电驱动型胰岛素泵的研究

针对目前糖尿病治疗用胰岛素泵系统采用电机-机械泵系统的应用现状，提出了采用后推式压电驱动泵来代替电机-机械泵的研究方案．该方案以压电泵为流体动力源，利用压电泵驱动注射器实现药液的微量输出，工作中压电泵中的工作介质不直接接触药液，因此不会产生二次污染．对设计研制的试验装置进行了初步试验研究，试验测试结果表明，在工作频率150Hz时，该泵的输出流量达25μL，同时在出口压力超过输液泵输出压力时，不产生液体倒流现象．     

H形直线超声电机振子的结构分析及模态优化

在纵、弯复合模态直线超声电机的基础上,提出并试制了一种新型的直线超声电机。通过解析法确定振子两侧直梁的长度和厚度范围;完成了H形振子的结构设计,确定了振子的柔性支撑方案。利用ANSYS软件对H形压电振子进行了优化设计。根据优化设计结果,试制了原理样机。实验结果表明:振子的实测谐振频率与有限元计算结果有一定的偏差。实测的频率比有限元计算值要低,其原因是在测试时,振子的边界条件与有限元计算时相比发生了变化。     

滑压工况下锅炉汽包水位控制系统优化

在滑压运行工况下汽包水位三冲量串级控制系统，因参数众多、工况变化大，部分采用亚临界锅炉的电厂的该系统控制效果不太理想，特别是双汽泵运行，电泵备用的低负荷阶段调整效果更加恶劣。本文阐述了汽包虚假水位的机理，主要探讨机组滑压运行，投入双汽泵运行的控制策略及优化方式。本文简要介绍正常工况的参数整定方法和滑压方式运行中，采用双汽泵方式调节汽包水位遇到的一些问题和解决策略。     

多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究

为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

太阳能半导体空调的实验研究与数值模拟

试制了一种风冷散热的太阳能半导体空调实验样机,并对其在不同工作电流下的性能进行了测试,得到了空调样机在不同运行工况下的运行参数;同时对空调样机进行了数值模拟,并与实验结果相比较,两者能很好的吻合.通过对实验和数值模拟结果方法的总结和比较,分析了热电系数、风量、工作电流等不同参数对空调样机性能的影响.分析结果表明,该数值模拟方法可为太阳能半导体空调的优化设计提供除采用实际测试外的另一种方法,节省了设计时间和经费.     

低频大功率Janus-Helmholtz换能器的设计

阐述了Janus-Helmholtz换能器宽带工作的机理,运用有限元软件ANSYS对JanusHelmholtz换能器的结构参数进行优化设计,研究了腔体结构尺寸对工作带宽等电声参数的影响规律.设计制作了一个工作带宽为500~2 000Hz的试验样机.水池测试结果显示,仿真结果和实验结果基本相符.验证了有限元仿真结果的正确性,表明有限元方法是研究液腔振动和设计宽带Helmholtz换能器的可信手段.