无阀压电泵用平面锥管的非稳态特性研究

利用CFX软件在不同Womersley数(Wo)下对锥角为5°和10°的平面锥管的非稳态特性进行了数值模拟研究,目的在于获得非稳态条件下影响无阀压电泵用平面锥管流动特性的因素。锥管进口设为随时间按正弦规律变化的压力边界条件,压力幅值分别取0.5、1和5kPa。结果表明:流量变化滞后于压力变化,且Wo越大,压力幅值越小,相位差越大;净流量随压力幅值和锥角的增大而增大;锥管扩散方向和收缩方向的压力损失系数随Wo的增大而增大,随压力幅值和锥角的增大而减小;低Wo下,压力幅值越大,微泵的整流效率越高,高Wo下,压力幅值越小,整流效率越高;非稳态流动产生的旋涡对无阀压电泵的输出性能有重要影响。

基于对数螺旋线的新型被动式微混合器的性能

为了提高微混合器的混合效果,减少能量损失,提出一种由对数螺旋线流道组成的被动式微混合器,该微混合器的流道由2条对数螺旋线构成,对数螺旋线极角的取值范围为0°-180°.采用CFD软件分析了该微混合器在不同雷诺数下的混合性能,雷诺数取值范围为0.2-100.0,选择层流模型进行数值模拟.结果显示,当雷诺数小于5.0时,微混合器的出口混合指标随雷诺数的增加逐渐减小;当雷诺数大于5.0时,出口混合指标随雷诺数的增加而增大.雷诺数为0.2时,微混合器的混合指标受对数螺旋线系数b2和宽度w的影响很小,此时混合指标在0.6-0.8;随着雷诺数的增加,对数螺旋线系数b2和宽度w对混合指标的影响逐渐变强.在雷诺数为50.0的情况下,当b2为0.35-0.50,w为0.05-0.13时,微混合器的混合指标较大,混合效果较好.

基于附壁效应的无阀压电泵研究

提出一种基于附壁效应的无阀压电泵,该泵利用附壁射流元件造成吸入过程和排出过程中进出口的流量差,实现流体输送。首先通过动网格技术及数值模拟研究微泵的内部流场和外特性,结果表明该无阀压电泵的容积效率η可以达到0.5以上,高于传统扩散/收缩管无阀压电泵。然后讨论了平面锥管长度和两分流直管间凹劈面宽度对微泵性能的影响,平面锥管长度L1必须大于dcot(θ/2),当c2/c1=1时L1/d=9的微泵在零输出压力下流量最大;不同输出压力和c2/c1的微泵流量对比表明凹劈面宽度越宽微泵输出压力性能越佳,但是在低输出压力下微泵随着凹劈面宽度的增加其容积效率降低。最后应用响应面方法对平面锥管长度和凹劈面宽度进行优化,结果表明当输出压力为5 k Pa时,最优的参数选取范围为4≤L1/d≤5,0.75≤c2/c1≤0.85,当L1/d=4.3,c2/c1=0.80时η达到最大,为0.323。其数值模拟为0.317,相差1.89%。