动压悬浮式微型泵的设计及优化

发布时间：2017-11-18 05:10

  本文关键词：动压悬浮式微型泵的设计及优化

  更多相关文章： 微型泵 动压支撑 数值模拟 水力性能 支撑性能

【摘要】：微型泵的研究近几十年来得到国内外的广泛关注。微型泵一般指特征尺度小于50mm的泵。由于具有小巧轻质的特点，微型泵在航天领域及医疗领域等有非常重要的应用。本文基于动压悬浮的支撑结构，提出了三种微型泵的设计方案，通过数值模拟、理论分析对微型泵水力性能及动压支撑性能进行了研究。 本文以血液泵为应用背景，根据人体心脏血液输送要求的流量和扬程，对微型泵进行了水力设计。以水力设计确定的叶轮和压水室为基础，提出了三种微型泵的整体设计方案。泵整体采用电磁驱动，电机转子与叶轮为一体式结构（称为叶轮转子）。当微型泵正常运转时，叶轮转子通过液体动压支撑，，悬浮于泵体内。为了有助于泵的启动，三个设计方案均采用了单点辅助支撑。因此，本文设计的微型泵具有尺寸小、结构简洁、内部摩擦小等优点。 通过对微型泵三维全流道的定常和非定常的数值模拟，获得了三种设计方案下泵内的流场信息。结果表明，三种设计方案的水力性能均达到血液泵的基本要求。在设计流量为8L/min的情况下，扬程均高于血液泵所要求的1.5m水柱。吸入管内的支架结构与旋转的叶轮产生动静干涉，通过比较发现支架结构与叶轮进口处的距离会对水力性能产生微小的影响；支架结构距离叶轮进口越远，对内部流动影响越小。所以，在满足整体尺寸要求的前提下，可适当增加支架结构与叶轮进口的距离。 运用浸没固体（immersed solid）的数值模拟方法，对微型泵中叶轮转子与泵体之间的间隙流道进行流动分析，得到了液体动压支撑性能与转轴偏心距、转速、主流道流量的关系。结果表明：转轴偏心距越大、转速越大、主流道流量越大，则液体动压支撑能力越好；轴向电机与径向电机相比，在泵尺寸和驱动功率相同的前提下，径向电机的内部结构更有利于增大液膜面积，提供较大的支撑力。微型泵间隙流动的研究可为未来微型泵液体动压支撑的设计提供参考。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 祁克宗,章孝荣;体外循环在生物医学中的应用与研究进展[J];动物医学进展;1998年02期

2 胡敏,周兆英,李勇,叶雄英;微小型单杆螺旋泵[J];机械设计与研究;1997年04期

3 伍钦,蔡梅琳;血液透析系统用泵[J];流体机械;2000年03期

4 唐成左;樊庆福;;人工心肺机[J];上海生物医学工程;2006年04期

5 王芳群,曾培,茹伟民,袁海宇,封志刚,钱坤喜;应用CFD研究叶轮设计对人工心脏泵内流场的影响[J];中国生物医学工程学报;2005年05期

6 钱坤喜;费青;马巧妹;;叶轮血泵与转子泵的溶血比较[J];医疗器械;1987年01期

本文编号：1198629