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压电泵是流体泵技术和压电驱动技术相结合的产物。传统无阀泵是通过改变泵腔容积,直接推动流体形成单向流动,从而达到输送液体或者是液体压力增大的效果。但由于传统无阀压电泵存在流量小,输出效率低等缺点,课题组根据仿生学原理提出了一种仿尾鳍式无阀压电泵,这种泵在结构上既不属于回转型也不属于容积型泵,是一种新型泵。这种无阀压电泵是根据鱼的游动特性进行了逆向思考,假使把鱼的头部固定,让鱼尾自由摆动,则根据作用力与反作用力原理可知,鱼尾的摆动必推动水向后流动,从而形成单向流动。
本文在课题组研究的基础上,设计了几种不同几何形状的振子。在结构上,该泵采用悬臂梁压电双晶片结构的压电振子,通过改进将压电陶瓷粘贴在基体中间,留出基体的端部从而形成柔性叶片状,提高了无阀泵的性能。首先对四种压电振子在空气中二阶和三阶进行有限元数值模拟分析,得出在驱动电压为100V时二阶最大振幅约为1.043mm,三阶最大振幅约为2.86mm。然后对四种压电振子进行多普勒扫频实验,得出振子的三阶和四阶振型,并测得在三阶和四阶振型下的振幅。然后,对四种压电振子分别置于泵腔中进行泵压差实验,实验结果表明,激励电压为300V,矩形振子工作在三阶振型时,谐振频率为320Hz,泵的压差为175mm;梯形振子在三阶振型时,谐振频率为310Hz时,泵压差为85mm;外弧形在三阶振型时,谐振频率为195Hz,泵压差为58mm;矩形振子在四阶振型时,谐振频率为1030Hz时,泵压差为57mm。最后,对四种振子置于水槽中进行流量测量实验,测得初始液面差为6.5mm时,激励电压在220V,矩形振子工作在三阶振型时,谐振频率为350Hz,流量为344.8mlmin;梯形振子工作在三阶振型时,谐振频率为295Hz,流量为243.5mlmin;外弧形振子工作在三阶振型时,谐振频率为345Hz,流量为239.6mlmin;内弧形振子工作在三阶振型时,谐振频率为375Hz,流量为236.8mlmin。实验证明了数值仿真可以有效进行方案论证和结构优化。