液体压电泵以其体积小、性价比高、流量控制性好等优点在生物医药、精细化工、民用消费等领域有着良好应用前景,特别在便携式微机电检测设备领域有着广泛需求。但现有压电泵的稳定性不好,主要表现为对气泡极为敏感,一旦内部有气泡出现,输出流量与输出压力等性能即急剧下降,自吸性几乎完全丧失,大大限制了压电泵的应用。压电泵内部气泡的形成有多种原因,除了由外部吸入液体时带入气体形成的气泡之外,流道内与泵腔中的微气团受压电振子的振动挤压而聚集、融合和长大,以及液体在突变压力作用下导致的空化,则是气泡的二个主要来源,由于这是压电泵正常工作中形成的,因而几乎是不可避免的。所以化解气泡的有害作用,需要采取抑制气泡粘附及迅速排出气泡的方式加以解决。本文结合国家自然科学基金项目“壁面浸润性优化用于压电泵气泡控制的机理、方法和效果研究”(NO.51406065)的工作需要,在保证压电泵微型化的前提下,通过分析气泡对压电泵输出性能的影响机理,探明气泡滞留的内在因素,同时建立相关的动态数学模型,为提高压电泵的性能提供技术和理论基础。创造性的提出了通过优化阀片参数和表面浸润性的方式来减少压电泵中气泡的滞留,从而提高压电泵的输出性能。总体内容如下:1、气泡滞留对压电泵输出性能的影响机理研究描述了压电泵的结构组成及工作原理,分析了气泡在泵腔和阀片处滞留对压电泵输出性能的影响。首先建立了压电泵的基本方程,分析了泵腔滞留气泡对压电泵输出压力和输出流量的影响规律。同时建立了气泡滞留泵腔时压电泵的简化动力学模型,从而分析了气泡对压电泵最佳频率的影响机理。建立了气泡滞留在阀片时的动力学模型,分析了气泡包裹阀片时,毛细作用力对阀片动态性能的影响。通过在液体中气体的析出与溶解的过程,分析了交变压力作用下,气泡的动态体积变化,并给出泵腔发生气穴现象时,气穴的体积方程。2、阀片参数优化用于气泡控制的机理及效果研究单向阀是压电泵的重要组成部分,气泡极易在阀片处滞留。讨论了压电泵中主要存在的两相流流型,以均相流的方式,分析了多气泡流和活塞流通过阀片时产生的压力损失,从而解释了气泡滞留在阀片处的原因,并提出了提高压电泵排气泡能力的阀片优化措施。通过实验验证了结论的正确性。通过流体染色的方式观察了四种阀孔布置时,泵腔内的流场分布,得到气泡可能滞留的区域以及四种布置下的排除气泡的能力,并通过实验进行了验证。3、压缩比优化用于气泡控制的机理及效果研究压缩比是影响压电泵输出性能的重要参数。本课题通过改变腔高与优化驱动源的方式来达到改变压缩比的目的。分析了压缩比对压电泵输出性能的影响,通过平板间隙流模型,探讨了气泡滞留腔内的原因,并提出相关的优化办法。通过实验研究了不同腔高下,压电泵的排气泡能力,并得出了最优腔高。提出了利用引流道来减少气泡的滞留,并通过实验进行了验证。4、壁面浸润性优化用于气泡控制的机理及效果研究研究了壁面浸润性优化对气泡排除的影响机理,以及交变压力与不同温度下,壁面浸润性的转变关系。分析了气泡在浸润性优化壁面管路中的动力学特性,并进行了泵腔和阀片超亲/疏水性的气泡滞留实验,验证壁面浸润性优化对压电泵的排气泡效果。本文结合了压电学、机械动力学、流体动力学、流体力学、材料学、电学及界面仿生改性技术相关理论对压电泵中气泡滞留的机理进行了讨论,首次系统的提出了微型液体压电泵中气泡控制的原理及方法。研究工作为微型压电泵在气泡控制的设计方面提供了理论和技术基础,对同类结构的微小流体输送设备在气泡控制的设计方面具有借鉴意义。