喷嘴挡板式压电气动微阀流量特性的研究
发布时间：2021-07-29 12:58
随着工业强基工程的实施,我国在信息技术、高端装备、新材料和生物医药等领域有了新的突破和发展。其中气动技术和产品在产业结构转型调整和创新能力提升进程中发挥了重要作用,同时也对其自身提出了更高的要求。新型气动元件的研发,低碳气动技术的应用迫在眉睫,气与电的融合创新也是气动技术的发展方向所在。在智能制造的大背景下,基于气-电融合,气动元件智能化、微型化的趋势与需求,本论文利用压电晶体响应快、功耗低、出力大等优势,设计加工了一种喷嘴挡板式压电气动微阀样机。采用数值模拟和试验研究方法对该压电气动微阀在不同工况和不同结构参数下的流量特性进行了研究分析,为喷嘴挡板式压电气动微阀的研发制造提供了重要理论依据。本论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了压电气动微阀的研究背景和意义;简述了压电驱动技术的研究概况和应用;阐述了压电微阀的国内外研究现状和喷嘴挡板阀口流动特性的研究概况。第二章,简述了空气动力学方面的知识;对压电原理做了简要概述;介绍了计算流体力学的基本概念和有关知识。第三章,对压电气动微阀进行了设计、制作和封装,并搭建了试验平台;初步探究了压电气动微阀的常闭功能特性;实际测试了压电气动微阀在不同...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压电阀协助呼吸示意图（图片来源于Festo公司网站）
工程硕士学位论文1第1章绪论1.1课题的研究背景和意义进入21世纪，数字经济的发展速度和创新性成果转化为世人瞩目。传统工业和信息技术产业也在融合创新，人工智能将为传统制造业和信息技术产业的融合发展提供新的技术引领，将数字经济带入新的时代。在“智能时代”的大背景下，把信息技术的研究成果转化为材料科学发展的支撑，智能材料和智能结构的科研投入，是社会需求推动技术创新和进步的体现[1]。智能材料将传感技术和信息处理技术集成为一体，而智能结构又在传统结构的基础上，把传感器技术和功能材料融入进去，从检测、诊断、监控到校正和修复都可自我完成[2]。尤其在航空航天领域，结构智能化在飞行器的减振降噪和减重增效、飞行器的“智能翼”计划和飞行器的在线状态监测等方面都开展了相关研究[3]。压电陶瓷是材料智能化的产物，可实现形变与电压的相互转换，且性能稳定，常应用于压电传感器和压电陶瓷电源。压电陶瓷的位移随驱动电压线性变化，可作为驱动器制成压电阀结构，压电阀的灵敏度和响应特性均较好，其关键性能指标有过流特性、反向截流能力和承受背压值大小等[4-6]。压电阀在对空间尺寸、环境、控制精度等方面有较高要求的领域应用广泛。Festo公司已开发出用于临床治疗的便携式供氧呼吸机中的压电阀[7]。图1.1压电阀协助呼吸示意图（图片来源于Festo公司网站）图1.2压电阀动作示意图（图片来源于Festo公司网站）图1.1和图1.2分别为压电阀协助呼吸示意图和压电阀动作示意图。在呼吸机中，
点是响应迅速、控制精度高、驱动力较大、耗能低，并可实现数字化控制[8]。随着气动技术的智能化转型，气动元件和系统的结构、可控精度和响应特性等都需要进行创新提升[9]。面向精密控制应用领域，特别是针对压电气动微阀各项特性的深入研究具有重要意义。1.2压电气动微阀研究现状综述1.2.1压电驱动技术研究概况与应用随着各国对新型材料的重视和不断投入，一些融入微/纳新材料科技的驱动器相继出现。由压电陶瓷制成的驱动器在微电子制造、航空航天、地震测量和生物遗传工程等高新技术领域发挥了不可替代的作用[10-11]。图1.3为自调节机翼结构示意图。图1.3自调节机翼结构示意图（图片来源于芯明天样本）自调节机翼结构的工作原理是压电陶瓷在驱动电压的作用下，发生一定的弯曲变形，由于响应速度很快，可实时改变机翼的迎风角度，减弱湍流的强度，防止飞行器由于仰角过大而失速，使得机翼有更加优越的气动增益能力[12]。压电驱动器的分辨率很高，而且不需要考虑发热和电磁干扰等问题，可将其装配于微阀中来实现阀口开度的调节，即构成一种主动式压电微阀。如同压电驱动器一样，微位移器的动作原理也是压电陶瓷的逆压电效应，在对驱动电压进行实时精密的控制下，能够达到很高的定位精度，进而有可能应用于高精密定位系统的控制仪器中[13-14]。在气动技术领域，压电驱动技术已被用于气动控制阀的电控驱动。根据压电驱动器的特性不同，有直动式、弯曲式和扭转式压电气动阀。弯曲式压电气动阀由双压电晶片驱动，而双压电晶片的驱动力较小，造成其额定流量和压力都不高，只能在工业技术领
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的石蜡驱动气体微流量调节阀研究[J]. 王丰羽,杭观荣,王平阳,李林. 节能技术. 2019(05)
[2]薄膜式气动微阀的流动特性研究[J]. 龙威,杨绍华,巨少华,田时泓. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]航空航天智能材料与智能结构研究进展[J]. 杨正岩,张佳奇,高东岳,刘科海,武湛君. 航空制造技术. 2017(17)
[4]基于改进k-ω SST模型的风力机尾流数值模拟[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳. 太阳能学报. 2017(04)
[5]国内外智能材料发展状况分析[J]. 江洪,王微,王辉,尹婧婧. 新材料产业. 2014(05)
[6]智能材料设计技术及应用研究进展[J]. 刘俊聪,王丹勇,李树虎,秦贞明,贾华敏. 航空制造技术. 2014(Z1)
[7]气动电磁微阀的仿真研究[J]. 李松晶,刘旭玲,贾伟亮. 液压与气动. 2013(07)
[8]基于Fluent金属橡胶微流量阀流量-压力特性研究[J]. 张蕊华,刘龙辉,朱银法,熊智文,叶艳辉. 机床与液压. 2013(11)
[9]水压喷嘴挡板阀口流动特性的试验研究[J]. 吴正江. 液压与气动. 2013(02)
[10]两级电液伺服阀双喷嘴挡板阀内流场计算与分析[J]. 陆向辉,高殿荣. 中国机械工程. 2012(16)
硕士论文
[1]基于CFD对不同结构形状的滑阀阀芯流场可视化分析与研究[D]. 曹飞梅.太原理工大学 2018
[2]基于超声电机驱动的气动控制阀的研究[D]. 黄鹞.哈尔滨工业大学 2010
[3]双喷嘴挡板伺服阀内部流场的数值模拟分析[D]. 郭威.太原理工大学 2010
[4]基于SIMPLE算法的三维湍流流场数值模拟方法的研究[D]. 任雄.西北工业大学 2007
[5]基于压电陶瓷驱动器的新型气动阀研究[D]. 高平波.浙江大学 2006
[6]喷嘴挡板式压电伺服阀的实验研究[D]. 吴玉魁.吉林大学 2004
本文编号：3309367
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压电阀协助呼吸示意图（图片来源于Festo公司网站）
工程硕士学位论文1第1章绪论1.1课题的研究背景和意义进入21世纪，数字经济的发展速度和创新性成果转化为世人瞩目。传统工业和信息技术产业也在融合创新，人工智能将为传统制造业和信息技术产业的融合发展提供新的技术引领，将数字经济带入新的时代。在“智能时代”的大背景下，把信息技术的研究成果转化为材料科学发展的支撑，智能材料和智能结构的科研投入，是社会需求推动技术创新和进步的体现[1]。智能材料将传感技术和信息处理技术集成为一体，而智能结构又在传统结构的基础上，把传感器技术和功能材料融入进去，从检测、诊断、监控到校正和修复都可自我完成[2]。尤其在航空航天领域，结构智能化在飞行器的减振降噪和减重增效、飞行器的“智能翼”计划和飞行器的在线状态监测等方面都开展了相关研究[3]。压电陶瓷是材料智能化的产物，可实现形变与电压的相互转换，且性能稳定，常应用于压电传感器和压电陶瓷电源。压电陶瓷的位移随驱动电压线性变化，可作为驱动器制成压电阀结构，压电阀的灵敏度和响应特性均较好，其关键性能指标有过流特性、反向截流能力和承受背压值大小等[4-6]。压电阀在对空间尺寸、环境、控制精度等方面有较高要求的领域应用广泛。Festo公司已开发出用于临床治疗的便携式供氧呼吸机中的压电阀[7]。图1.1压电阀协助呼吸示意图（图片来源于Festo公司网站）图1.2压电阀动作示意图（图片来源于Festo公司网站）图1.1和图1.2分别为压电阀协助呼吸示意图和压电阀动作示意图。在呼吸机中，
点是响应迅速、控制精度高、驱动力较大、耗能低，并可实现数字化控制[8]。随着气动技术的智能化转型，气动元件和系统的结构、可控精度和响应特性等都需要进行创新提升[9]。面向精密控制应用领域，特别是针对压电气动微阀各项特性的深入研究具有重要意义。1.2压电气动微阀研究现状综述1.2.1压电驱动技术研究概况与应用随着各国对新型材料的重视和不断投入，一些融入微/纳新材料科技的驱动器相继出现。由压电陶瓷制成的驱动器在微电子制造、航空航天、地震测量和生物遗传工程等高新技术领域发挥了不可替代的作用[10-11]。图1.3为自调节机翼结构示意图。图1.3自调节机翼结构示意图（图片来源于芯明天样本）自调节机翼结构的工作原理是压电陶瓷在驱动电压的作用下，发生一定的弯曲变形，由于响应速度很快，可实时改变机翼的迎风角度，减弱湍流的强度，防止飞行器由于仰角过大而失速，使得机翼有更加优越的气动增益能力[12]。压电驱动器的分辨率很高，而且不需要考虑发热和电磁干扰等问题，可将其装配于微阀中来实现阀口开度的调节，即构成一种主动式压电微阀。如同压电驱动器一样，微位移器的动作原理也是压电陶瓷的逆压电效应，在对驱动电压进行实时精密的控制下，能够达到很高的定位精度，进而有可能应用于高精密定位系统的控制仪器中[13-14]。在气动技术领域，压电驱动技术已被用于气动控制阀的电控驱动。根据压电驱动器的特性不同，有直动式、弯曲式和扭转式压电气动阀。弯曲式压电气动阀由双压电晶片驱动，而双压电晶片的驱动力较小，造成其额定流量和压力都不高，只能在工业技术领
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的石蜡驱动气体微流量调节阀研究[J]. 王丰羽,杭观荣,王平阳,李林. 节能技术. 2019(05)
[2]薄膜式气动微阀的流动特性研究[J]. 龙威,杨绍华,巨少华,田时泓. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]航空航天智能材料与智能结构研究进展[J]. 杨正岩,张佳奇,高东岳,刘科海,武湛君. 航空制造技术. 2017(17)
[4]基于改进k-ω SST模型的风力机尾流数值模拟[J]. 杨祥生,赵宁,田琳琳. 太阳能学报. 2017(04)
[5]国内外智能材料发展状况分析[J]. 江洪,王微,王辉,尹婧婧. 新材料产业. 2014(05)
[6]智能材料设计技术及应用研究进展[J]. 刘俊聪,王丹勇,李树虎,秦贞明,贾华敏. 航空制造技术. 2014(Z1)
[7]气动电磁微阀的仿真研究[J]. 李松晶,刘旭玲,贾伟亮. 液压与气动. 2013(07)
[8]基于Fluent金属橡胶微流量阀流量-压力特性研究[J]. 张蕊华,刘龙辉,朱银法,熊智文,叶艳辉. 机床与液压. 2013(11)
[9]水压喷嘴挡板阀口流动特性的试验研究[J]. 吴正江. 液压与气动. 2013(02)
[10]两级电液伺服阀双喷嘴挡板阀内流场计算与分析[J]. 陆向辉,高殿荣. 中国机械工程. 2012(16)
硕士论文
[1]基于CFD对不同结构形状的滑阀阀芯流场可视化分析与研究[D]. 曹飞梅.太原理工大学 2018
[2]基于超声电机驱动的气动控制阀的研究[D]. 黄鹞.哈尔滨工业大学 2010
[3]双喷嘴挡板伺服阀内部流场的数值模拟分析[D]. 郭威.太原理工大学 2010
[4]基于SIMPLE算法的三维湍流流场数值模拟方法的研究[D]. 任雄.西北工业大学 2007
[5]基于压电陶瓷驱动器的新型气动阀研究[D]. 高平波.浙江大学 2006
[6]喷嘴挡板式压电伺服阀的实验研究[D]. 吴玉魁.吉林大学 2004
本文编号：3309367
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