共振式合成射流气体压电泵仿真分析与实验研究
本文选题:共振 + 合成射流 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:合成射流气体压电泵作为一种新型微小气体压电泵,利用合成射流原理形成气体的泵送,广泛应用于主动散热、气体供应及动力驱动等场合,具有微型化、结构简单、寿命长、效率高且便于数字化控制的特点,可广泛应用到LED、通信设备、汽车电子、计算机、太阳能及家用电器等产品中器件的散热。本文结合国家自然科学基金项目《压电驱动流体动耦合软体驱动器设计理论与关键技术研究》(项目编号:51405189)展开研究,提出一种共振式合成射流气体压电泵。该压电泵应用合成射流原理,将压电振子的振动与开有射流孔薄片结构的振动相结合,使整个系统产生共振,形成对气体的推送,具有体积小、流量大的优点。共振式合成射流气体压电泵主要有单振子和双振子两种结构,单振子结构只需要一个振子驱动,能耗低、结构简单;双振子结构利用两个振子驱动,开有射流孔的振子振动可控,输出能力强,流量更大。本文的具体研究内容如下:共振式合成射流气体压电泵的结构中,普通圆形单晶片压电振子和中心带孔的圆形单晶片压电振子是核心驱动部件,由ANSYS进行这两种振子的模态和静力学仿真可以指导实验中工作频率范围的选择。经过比较,选取普通压电振子的一阶振型,其固有频率为4281.9Hz;中心带孔压电振子同样选取一阶振型,其固有频率为3992.7Hz。最后对两种振子进行不同频率下振幅测量,测量结果作为双振子结构流固耦合仿真中激励施加的依据。单振子共振式合成射流气体压电泵采用一个振子进行驱动,铜片受迫振动。对单振子结构进行实验研究,得出四个参数:空腔高0.8mm,泵腔高0.3mm,射流孔直径0.7mm,出气孔直径1.0mm时,频率3.9KHz,流量达到1226ml/min。对单振子结构进行铜片和振子位移的测量,得出铜片和振子的位移曲线均为正弦且两者具有一定的相位差。使用多物理场仿真软件进行双振子共振式合成射流气体压电泵的仿真分析,应用流固耦合接口,对空气流场、空气流速和出气孔流量进行分析,得到空气的具体运动情况。在共振频率附近,对空腔高、泵腔高、射流孔直径和出气孔直径四个参数进行参数化分析,得出空腔高和射流孔直径对流量的影响较大。对双振子共振式合成射流气体压电泵进行实验分析,主要研究参数对流量影响和振子位移测量。研究四个参数对流量的影响,当空腔高为0.6mm,泵腔高为0.3mm,射流孔直径为0.8mm,出气孔直径为1.0mm,在频率3.9KHz下流量可以达到1511ml/min,对比单振子结构流量提高了23%。测量双振子结构中两个振子的位移,位移曲线表明两个振子在相同激励下没有相位差。对比单振子结构中铜片和振子的位移曲线,双振子结构中的中心带孔振子振幅较小,但双振子结构的流量却增大,说明消除相位差可以提高流量。
[Abstract]:As a new type of micro gas piezoelectric pump, synthetic jet pump is widely used in active heat dissipation, gas supply and power drive. It has the advantages of miniaturization, simple structure and long life. Because of its high efficiency and convenient digital control, it can be widely used in LED, communication equipment, automobile electronics, computer, solar energy and household appliances. In this paper, a resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is proposed, which is based on the National Natural Science Foundation of China, "Research on the Design Theory and key Technology of piezoelectric hydrodynamic Coupling soft driver" (item No.: 51405189). The piezoelectric pump applies the principle of synthetic jet to combine the vibration of piezoelectric vibrator with the vibration of thin slice structure with a jet hole, which makes the whole system produce resonance and form the push of gas, which has the advantages of small volume and large flow rate. The resonant synthetic jet gas piezoelectric pump has two kinds of structures: single oscillator and double oscillator. The single oscillator structure needs only one oscillator to drive, the energy consumption is low, the structure is simple, and the dual oscillator structure is driven by two oscillators. The vibration of the vibrator with a jet hole is controllable, the output capacity is strong, and the flow rate is larger. The main contents of this paper are as follows: in the structure of the resonant synthetic jet gas piezoelectric pump, the common circular single crystal wafer piezoelectric oscillator and the central circular single crystal slice piezoelectric oscillator are the core driving components. The modal and static simulation of the two oscillators by ANSYS can guide the selection of operating frequency range in the experiment. Through comparison, the first order mode of ordinary piezoelectric oscillator is selected, its natural frequency is 4281.9 Hz, and the first order mode with central hole is also selected, its natural frequency is 3992.7Hz. Finally, the amplitude of the two oscillators is measured at different frequencies, and the measured results are used as the basis for the excitation in the fluid-solid coupling simulation of the two-oscillator structure. Single oscillator resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is driven by a vibrator and the copper sheet is forced to vibrate. Four parameters are obtained: the cavity height is 0.8mm, the pump cavity height is 0.3mm, the jet hole diameter is 0.7mm, and the frequency is 3.9kHz when the air hole diameter is 1.0mm, and the flow rate is 1226ml / min. The displacement curves of copper plates and oscillators are sinusoidal and there is a certain phase difference between them. The multi-physical field simulation software is used to simulate and analyze the two-vibrator resonant jet gas piezoelectric pump. By using the fluid-solid coupling interface, the air flow field, air velocity and outlet flow rate are analyzed, and the specific movement of the air is obtained. In the vicinity of resonance frequency, the parameters of cavity height, pump cavity height, jet hole diameter and orifice diameter are analyzed. It is concluded that the influence of cavity height and jet hole diameter on the flow rate is greater. In this paper, the experimental analysis of the dual oscillator resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is carried out. The influence of the parameters on the flow rate and the measurement of the displacement of the vibrator are studied. The influence of four parameters on the flow rate is studied. The cavity height is 0.6 mm, the pump cavity height is 0.3 mm, the diameter of the jet hole is 0.8 mm, the diameter of the outlet hole is 1.0 mm, and the flow rate can reach 1511ml / min at the frequency of 3.9 kHz. The displacement of two oscillators in a double oscillator structure is measured. The displacement curve shows that there is no phase difference between the two oscillators under the same excitation. Compared with the displacement curves of copper plates and oscillators in a single oscillator structure, the amplitude of the center hole oscillator in the double oscillator structure is smaller, but the flow rate of the double oscillator structure increases, which indicates that eliminating the phase difference can increase the flow rate.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH38
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 阚君武,杨志刚,程光明;压电泵的现状与发展[J];光学精密工程;2002年06期
2 焦小卫,黄卫清,赵淳生;压电泵技术的发展及其应用[J];微电机(伺服技术);2005年05期
3 曾平;林敬国;程光明;杨志刚;吴博达;刘国君;;整体开启阀微型压电泵实验研究[J];压电与声光;2006年05期
4 程光明;李鹏;杨晓冬;阚君武;;主动阀压电泵的设计[J];排灌机械;2007年05期
5 何秀华;蒋权英;张睿;杨嵩;;被动阀压电泵的动力学模型及其求解[J];排灌机械;2007年06期
6 王晓伟;刘建亭;路计庄;刘安;;Y形流管无阀压电泵结构特性探析[J];煤矿机械;2008年06期
7 何秀华;张睿;杨嵩;邓许连;蒋权英;;V型无阀压电泵的流场分析[J];农业机械学报;2008年10期
8 贺琳;纪秀;郑文;杨志刚;;新型金属阀在小型压电泵中的应用[J];压电与声光;2011年01期
9 孙静;鲁海龙;;微型主被动阀结合式压电泵的试验研究[J];科技创新与应用;2014年11期
10 李军,吴博达,程光明,杨志刚;收缩管/扩张管型无阀压电泵的工作原理[J];压电与声光;2000年06期
相关会议论文 前9条
1 孙健;孙启健;刘彦菊;冷劲松;;一种基于柔性放大机构的压电叠堆泵设计[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
2 黄俊;张建辉;;“Y”锥组合流管无阀压电泵的原理与实验验证[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
3 刘汉旭;张铁民;;双腔同步驱动无阀大流量压电泵有限元分析[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年
4 袁又春;黄卫清;赵淳生;;收缩/扩张管型无阀压电泵泵腔流体仿真[A];第十一届中国小电机技术研讨会论文集[C];2006年
5 胡笑奇;张建辉;黄毅;夏齐宵;黄卫清;;一种仿生型无阀压电泵的研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
6 王亮;张建辉;胡笑奇;王克;;摆动振子参数与尾鳍式无阀压电泵工作能力关系的实验研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
7 皋路;张建辉;胡笑奇;黄毅;;压电双晶片结构的仿尾鳍式无阀泵改进研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
8 黄合成;孙洪昌;马苑学;;一种矩形压电振子式主动阀压电泵的研究[A];创新驱动,,加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会论文集(上)[C];2012年
9 高建民;唐为奇;;新型无阀微压电泵的微流场仿真及设计[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(下册)[C];2006年
相关重要报纸文章 前1条
1 记者王华楠;我国研发成功压电精密驱动技术[N];中国技术市场报;2010年
相关博士学位论文 前10条
1 吴丽萍;扁锥腔无阀压电泵理论与实验研究[D];吉林大学;2008年
2 董景石;微型精密压电泵设计理论及其应用技术研究[D];吉林大学;2012年
3 刘勇;轮式阀微型压电泵的设计理论及试验研究[D];吉林大学;2012年
4 姜德龙;多腔串联压电泵结构设计及关键技术研究[D];吉林大学;2013年
5 吴越;压电泵动力学分析与优化设计[D];吉林大学;2013年
6 纪晶;半球缺阻流体无阀压电泵的研究[D];南京航空航天大学;2014年
7 黄俊;流阻差型无阀压电泵的原理与试验研究[D];南京航空航天大学;2013年
8 陈松;液体压电泵中气泡控制的机理、方法及效果研究[D];吉林大学;2016年
9 杨嵩;基于附壁效应的新型无阀压电泵[D];江苏大学;2015年
10 陈建;基于振动滤波器的压电泵研究[D];中国科学技术大学;2017年
相关硕士学位论文 前10条
1 李立安;多腔串联压电泵的设计及其在直线马达中的试验研究[D];吉林大学;2009年
2 杨嵩;基于数值模拟的三通扩散/收缩管无阀压电泵设计及性能研究[D];江苏大学;2009年
3 张波;新型压电泵的结构设计及动态系统建模[D];哈尔滨工业大学;2008年
4 董景石;悬臂梁阀压电泵理论及应用研究[D];吉林大学;2004年
5 路计庄;新型无阀压电泵开发与压电泵工作噪声的研究[D];北京工业大学;2007年
6 袁又春;收缩管/扩张管型无阀压电泵的研究[D];南京航空航天大学;2006年
7 刘健;针对不同粘度液体压电泵的设计与实验研究[D];吉林大学;2008年
8 吴迪;液体混合用多入口压电泵的研究[D];吉林大学;2012年
9 朱佳炜;平面扩散收缩管无阀压电泵内部流场瞬态特性理论分析及实验研究[D];江苏大学;2016年
10 王志军;基于合成射流原理的无阀气体压电泵的仿真分析和试验研究[D];吉林大学;2016年
本文编号:2071589
本文链接:https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/2071589.html