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多腔体锥形管无阀压电泵理论与试验研究
锥形管无阀压电泵是压电泵的一种重要形式，它利用收缩管/扩张管的流 体阻力特性实现流体的定向输送。但其输出性能一般相对较低。本文主要从多 腔体角度提高锥形管无阀压电泵，设计制造出一种带内缓冲腔结构的扁锥管型 无阀压电泵（单腔体和多腔体），对其进行了实验测试与分析。 具体研究内容如下： 1. 运用薄板振动理论及压电学相关知识，推导出压电振子变形量公式， 并对压电振子变形量进行了实验测试。 2. 阐述了锥形管无阀压电泵的工作原理，分析了它在一个工作周期内各 个状态下的流量，推导出流量和压力公式。分析了多腔体结构对无阀 压电泵输出性能的影响。 3. 设计制作出单腔体结构样机，研究了腔体、锥角（大小及长度）、压电 振子厚度以及气泡对泵输出性能的影响规律。 4. 设计制作了两腔体和四腔体串、并联结构无阀压电泵并对其性能进行 了测试，验证了理论分析的正确性。 关键词： 无阀压电泵 多腔体 扩张管 收缩管 复合压电振子 §1.1 引言 ........................................................................................................1 §1.2 压电泵的发展现状....................................................................................2 1.2.1 压电超声泵...........................................................................................2 1.2.2 压电泵薄膜泵.......................................................................................3 §1.3 本文研究的主要内容................................................................................4 第二章 压电振子的弯曲振动分析及测试......................................................6 §2.1 压电效应与压电陶瓷................................................................................6 2.1.1 压电效应与逆压电效应.......................................................................6 2.1.2 压电陶瓷...............................................................................................7 §2.2 压电振子变形量公式的推导....................................................................9 2.2.1 运动方程................................................................................................9 2.2.2 边界条件及求解..................................................................................10 §2.3 圆形复合压电振子变形量实验研究......................................................11 2.3.1 实验设备..............................................................................................11 2.3.2 不同波形信号对振子变形量的影响..................................................12 2.3.3 电压及频率对振子变形量的影响......................................................13 2.3.4 本章小结..............................................................................................15 第三章 锥形管无阀压电流体泵压力及流量分析..........................................16 §3.1 锥形管无阀压电泵的工作原理...............................................................16 3.1.1 收缩管/扩张管.....................................................................................16 3.1.2 锥形管无阀压电泵的工作原理.........................................................19 §3.2 锥形管无阀压电泵的流量分析..............................................................20 3.2.1 压电振子各个振动状态时的流量分析..............................................20 3.2.2 流量公式推导......................................................................................24 §3.3 锥形管无阀压电泵的压力分析..............................................................25 §3.4 多腔体无阀压电泵联接方式和驱动方式的选择..................................27 3.4.1 串联结构驱动方式的选择..................................................................27 3.4.2 并联结构驱动方式的选择..................................................................29 3.4.3 多腔体串联结构联接顺序的选择......................................................29 §3.5 本章小结..................................................................................................30 第四章 单腔体结构优化实验研究..................................................................31 §4.1 扁锥管型无阀压电泵样机结构...............................................................31 §4.2 腔体对扁锥管型无阀压电泵性能的影响..............................................32 4.2.1 内缓冲腔对泵输出性能的影响..........................................................32 4.2.2 外腔体对泵输出性能的影响..............................................................34 §4.3 锥角对扁锥管型无阀压电泵性能的影响..............................................35 4.3.1 锥角大小对泵输出性能的影响..........................................................35 4.3.2 锥角长度对泵输出性能的影响.........................................................35 §4.4 其他因素对扁锥管型无阀压电泵性能的影响.......................................36 4.4.1 压电振子厚度对泵输出性能的影响..................................................36 4.4.2 气泡对泵输出性能的影响..................................................................38 §4.5 本章小结..................................................................................................39 第五章 多腔体扁锥管型无阀压电泵实验研究..............................................40 §5.1 两腔体无阀压电泵输出压力与流量的实验研究..................................40 5.1.1 两腔体串联结构压电泵的实验测试..................................................40 5.1.2 两腔体并联结构压电泵的实验测试..................................................44 §5.2 四腔体无阀压电泵输出压力与流量的实验研究..................................47 5.2.1 四腔体串联结构压电泵的压力测试..................................................47 5.2.2 四腔体并联结构压电泵的流量测试.................................................49 §5.3 串联结构无阀压电泵联接顺序的实验研究...........................................50 §5.4 本章小结...................................................................................................52 第六章 结论......................................................................................................54 
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