无阀压电泵作为动力输出型器件,具有可微型化制造、易于集成、输出可控等优点,在药物输送、芯片试验室诊断和生物流体传输等有着广泛的应用前景。现有无阀压电泵多以流阻差异性流管进行流体传输,常见的流阻差异性流管主要有Y型流管、锥型(收缩/扩散)流管和Tesla流管等。其较少的结构形式使得无阀压电泵难以实现多功能集成,应用领域受限。为丰富无阀压电泵的结构形式,提高无阀压电泵功能化应用,本文利用涡流管的反向截止性,将其作为内部流道代替活体部件阀门,设计了涡流管无阀压电泵。涡流管在反向流动时产生的强烈涡旋流场极易适用于混合搅拌,因此,该涡流管无阀压电泵在传输流体时也具有混合功能,从而实现了无阀泵的功能化集成。随后,结合锥型管的结构特性对涡流管进行了变结构设计,以提高无阀泵的输出性能,并通过相关的试验研究了涡流管无阀压电泵的输出性能。本文的主要研究内容如下:1.总结了无阀压电泵国内外的研究现状,理论推导了不同流向的流阻系数与无阀压电泵输出流量的关系;基于涡流管的反向截至性,设计了涡流管无阀压电泵。2.通过有限元仿真计算,获得了小流量下涡流管最佳流动性能的结构尺寸参数;结合锥型流管的结构特性,对涡流管进行变结构设计;对比分析了4组变结构涡流管的流阻与流场特性,获得了涡流管不同结构变化对输出性能的规律。3.基于涡流管反向流动中的涡旋运动,利用有限元仿真分析了涡流管流体混合功能,为实现压电泵功能性研究提供基础。4.以涡流管为进出口流道,构建了无阀泵的结构形式;根据流管的流阻差异性阐述了涡流管无阀压电泵的工作原理;并通过涡流管无阀泵的瞬态分析,获得了无阀泵的瞬时动态流量,验证了涡流管无阀压电泵设计方案的可行性。5.搭建了涡流管无阀压电泵微型化研究与输出性能的试验,结果表明了涡流管无阀泵微型化的可行性与输出的稳定性;对比分析了常用流管(锥型流管和Tesla流管)无阀泵的输出性能,结果表明了涡流管泵输出性能优于其他两种泵,且适用于高粘度的流体运输。6.试验研究了4组变结构涡流管无阀泵的流阻测试和输出流量,结果表明了4组变结构涡流管无阀泵输出性能的差异性,轴向管的结构变化能够提高涡流管无阀泵的输出性能。