电致动聚合物驱动的无阀微泵的设计与制作

提出了一种由电致动聚合物材料(DE)驱动的平面扩散/收缩管无阂微泵.通过分析扩散/收缩管的角度、长度、最小宽度等关键参数对微泵性能的影响,对无阀微泵的结构进行了设计.基于UV-LIGA工艺,将DE泵膜和SU-8泵体键合制作了无阀微泵的模型,并对DE泵膜结构进行了实验研究,确定了合理的结构形式,实现了微泵的单向泵送.在3 500 V、8 Hz直流正弦电压的作用下,无阀微泵的流量最大,为21.2 μL/min,并且结构简单、易于密封、成本低.实验结果对电致动聚合物微泵进一步的科学研究和实际应用都具有较大的促进作用.     

无阀微泵锯齿形流道仿真模拟

介绍了无阀微泵的特点及其工作原理,提出一种应用于无阀微泵新型锯齿形流道.针对锯齿形流道不同开口角度,用CFD(computational fluid dynamics)软件进行了仿真模拟,得出了流道内速度和压力变化规律.分析了压力和流量的分布特征及关系曲线,为锯齿形流道微泵理论研究和优化设计提供了依据,并与单级锥形扩散/收缩流道作对比.结果证明,此锯齿形流道相对于锥形扩散/收缩流道可以提高微泵效率.     

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究.蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现.结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10％,驱动频率为250 Hz时泵送流量达到最大值5.87 μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势.     

微型轴流式血泵的应力场仿真分析

通过CFD仿真软件fluent,对一款微型轴流式血泵的流场进行了数值模拟,并针对模拟的结果,结合人体生理要求,对该血泵进行了优化探讨,重点分析了影响血泵性能的应力场,获得了优化前后的一些相关参数,为今后进一步的血泵实验研究提供了一定的参考依据。     

旋喷泵的效率分析及集流管的水力设计

通过分析得出旋喷泵在小流量和高扬程工况下运行时，效率高于多级泵和高速泵，在研究旋喷泵集流管与叶轮匹配及集流管扩散段损失的基础上，给出了设计扩散管水力参数的公式。     

基于遗传算法的中低比转速离心泵优化设计

为了提高离心泵效率,建立了以损失极值为目标的优化模型.运用Matlab遗传算法优化工具箱对模型各参数进行全局寻优得到最佳的参数组合.通过泵各性能参数以及叶轮水力参数之间的相互制约设定约束条件.针对IS200/400-75/4泵进行优化,并且用Fluent软件进行整台泵流场的模拟对其性能预估.对优化前后的叶轮在设计工况下的流场进行了分析对比,得到离心泵扬程比优化前提高了3.85m,效率提高了2.9%.     

一种拓宽微型单管燃烧室流量范围的调节装置

为了能够拓宽微型单管燃烧室稳定燃烧的流量范围,设计了一种调节装置.利用CFD软件Fluent对微型单管燃烧室的内部冷态流场进行数值模拟,得到微型单管燃烧室主要结构参数对内部流场形态的影响规律并确定了其主要结构参数.通过冷态数值模拟,得到了调节装置对微型单管燃烧室内部流场的调节作用;通过试验研究,证明所设计的调节装置能够实现对单管燃烧室的稳定燃烧流量进行调节,从而扩大了该燃烧室的稳定燃烧流量范围.     

对称离心式血泵结构优化与仿真分析

为减少血液涡流及降低溶血发生率,优化了对称离心式血泵的蜗壳及出口管结构并借助Fluent软件对其进行仿真分析。结果表明,将蜗壳横截面形状设计为内扩梯形并对出口管进行改造后,可有效提升血泵性能且溶血预测值满足使用要求。     

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。     

卫生型泵内部流道流场分析

针对广东日新泵业两台不同参数卫生泵的实测结果，对叶轮内部三维不可压湍流流动进行了数值模拟．通过商用软件Fluent 5．0对两台泵的叶轮进行数值计算，计算过程采用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法．通过对两台泵流动状况的研究与分析，揭示了叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布情况，指出了两台泵叶轮结构的合理性，并提出了第二台泵叶轮的修改方案，同时对泵的水力性能进行了预测，从而为卫生型泵的优化设计奠定了基础．     

喷水推进收缩流泵导叶的水动力优化设计方法

为解决新型喷水推进收缩流泵因径向尺度小、导叶动负荷大引起的水动力问题,提出一种用于喷水推进收缩流泵导叶水动力设计的三元可控速度矩方法.基于收缩流式叶轮,通过控制过流面积变化优化导叶子午面,实现从泵进口到出口的全收缩.根据可控速度矩原理,针对叶轮出口流场与收缩流式导叶特点给定子午面速度矩分布,完成了导叶片三元可控速度矩设计,建立了收缩流式导叶模型.应用经过试验验证的推进泵数值模拟试验方法进行推进泵内流场与外特性计算分析.结果表明,设计工况点处推进泵模型效率由原设计的87%提升至90%,导叶轴向长度缩短了20%.设计优化效果显著,能够满足工程应用要求,从而解决了水动力问题.     

微型热式剪应力传感器的热特性建模

为了提高微机电系统(MEMS)微型热式剪应力传感器的灵敏度,分析了MEMS微型热式剪应力传感器的热平衡机理,建立其相应的数学物理模型.从理论上分析了传感器的热膜、绝缘层及硅基底上的空腔尺寸等结构参数对其灵敏度的影响,并将研究结果与基于Fluent软件的数值模拟结果进行对比.结果表明,所建立的数学模型是合理的.     

扩散泵返油的Monte Carlo模拟

本文用气体动力学分析了油蒸汽的超音速流动,得到扩散泵喷嘴出口油蒸汽的流动规律。运用Monte Carlo方法对喷嘴出口区域的返油进行模拟,从而得出扩散泵返油主要是蒸汽流宏观喷射速度与热运动速度合成造成的,并给出了减少扩散泵运油的措施。理论分析与实验结果比较吻合。     

基于Fluent的射流喷嘴结构设计与优化

合理地选择射流喷嘴参数,实现天然气水合物的固态硫化开采,是促进天然气水合物商业化采掘的关键因素之一.利用Fluent软件建立不同结构参数的单喷嘴流场湍流模型,仿真分析了5种不同结构尺寸的喷嘴对水合物射流破碎的影响,并通过正交试验对单喷嘴结构参数进行优化.仿真结果表明:喷嘴出口处带有扩散角时有利于利用水射流的能量,达到良好的射流破碎效果;最优的喷嘴结构参数为,入口直径D=2.0mm,过渡段直径d0=0.8mm,过渡段长度l=4mm,收缩角α1=24°,扩散角α2=10°.     

热驱动薄膜式微型泵

微型泵在化学分析、环境监测和药物传送等领域有广阔应用前景。为了解热驱动薄膜式微型泵的性能 ,对泵的主要部件进行了理论分析 ,然后对泵的整体性能进行了数值模拟。得到了微型泵的频率特性 ,流量 -压头曲线及流量随功率的变化。发现泵的流量在 3 .3 3 Hz左右达到最大 ,泵的零流量压头为 64 k Pa左右 ;由于预应力的作用 ,使输入功率低时泵的流量比没有预应力时显著减小 ,而当输入功率较大时 ,泵的流量随输入功率增大而迅速增大。实验测定了微型泵流量的频率特性和随功率的变化 ,实测结果与模拟结果基本吻合     

旋转喷射泵转子腔内液体的流动规律

利用Pro/E软件对XP300-3型旋喷泵进行建模,利用Fluent 6.1对整个内部流场进行数值模拟.模拟结果表明,腔体内流体的速度随半径增大而增大,腔内的流体随腔体做刚性运动,腔内流体的旋转角速度是腔体旋转角速度的0.95倍.根据转子腔内液体的运动规律和连续性定理,推导出计算集流管进口尺寸的公式,利用该公式设计的集流管与传统公式设计出的集流管进行模拟计算对比,前者性能更好.     

奥里油电厂烟羽传输与扩散的数值模拟

奥里油燃烧后的排放物温度以及SO2浓度比较大,为了对电厂周围环境质量进行分析,采用CFD软件进行模拟。模拟了奥里油电厂高架连续点源的烟羽传输与扩散, 根据湛江市有代表性的年平均气象数据,采用Fluent软件分析了不同大气风速和湍流度下奥里油电厂烟羽传输与扩散的特殊规律, 给出了描述大气污染的两个重要参数最大落地浓度及离源距离和烟羽中心线抬升高度及离源距离的下风向沿程变化情况。数值计算结果与烟气扩散理论和经验数据是相符合的, 所以该模型可以较好的模拟奥里油电厂烟羽的传输与扩散的特殊性,从而为该电厂的环境影响评价提供依据。     

迷宫螺旋泵内部流动的CFD模拟

利用CFD分析软件Fluent及其前处理软件Gambit对迷宫螺旋泵的内部流场进行数值模拟,通过对泵内流场流动特点的分析,讨论了速度和压力分布,结果表明螺旋转子区域的流场内流体速度高,压力相对较低,螺旋转子对泵的增压效果比螺旋定子贡献更大,对该泵的设计和进一步研究提供了一定的依据。     

微膨胀混凝土早期收缩试验与数值分析

通过建立微膨胀混凝土水泥浆体早期收缩以及膨胀剂膨胀效应机理参数模型,引入在混凝土材料细观模拟,实现微膨胀混凝土早期收缩行为的细观场域仿真分析。基于材料试验监测结果进行模型参数修正,校验模拟方法的准确性,并探讨材料细观变异性以及骨料颗粒类型对于材料收缩应变分布的影响。研究结果表明,微膨胀混凝土收缩细观模型能够精准便捷地描述材料应变随时间变化规律;骨料颗粒空间随机分布对材料内部收缩应变场域分布影响显著,受拉应力峰值出现于细长骨料棱角位置以及骨料间隙位置水泥浆体,该膨胀剂效应能够降低材料内部受拉应力水平至普通混凝土20%左右,有效缓解材料收缩微观开裂损伤的潜在风险,保障工程结构应用中材料内部应力储备。基于研究模拟结果,结合具体结构性能需求仍有必要对骨料颗粒种类、形状进行优化控制,以实现材料内部较低且均匀的初始收缩应力场域分布。     

不锈钢冲压潜水井泵的数值计算与试验验证

为了提高数值模拟的精度及验证Fluent软件对冲压潜水井泵计算的可行性,结合冲压泵的工艺特点,针对4SP8不锈钢冲压潜水井泵进行了基于Fluent软件的数值模拟.考虑用不同的网格数、不同的收敛精度、不同的粗糙度、不同的湍流模型及不同的算法,对不同级数冲压潜水井泵模型作了数值模拟,从而找出最适合不锈钢冲压潜水井泵的数值模拟设置方法,并将性能预测与样机试验的结果进行对比.结果表明:采用网格尺寸大小为1.4 mm,收敛精度为10 -5,粗糙度为0,标准k-ε湍流模型,SIMPLEC算法,对两级不锈钢潜水井泵的全流场进行数值模拟最为合适;模拟值与试验值有较小的差别,但趋势基本相同.该研究对不锈钢冲压潜水井泵的数值模拟具有一定的参考价值.