Modeling and simulation of a high-frequency micro-pump based on giant magnetostrictive material (GMM)

A new type of high-frequency micro-pump was designed, in which GMA (Giant Magnetostrictive Actuator) was employed to replace the traditional motor drive, owing to its significant characteristics of fast response, high accuracy, easily miniaturized and so on. Both the mathematic and simulation models of the micro-pump were built.A set of raw data was used for simulation studies.The results show that the micro-pump based on GMA has achieved the features of high-frequency response and high accuracy, theoretically displaying the performance merits of a giant magnetostrictive material (GMM) high-frequency micro-pump.

Increasing operational stability of journal bearing in hydraulic suspension micro-pump by herringbone grooved structure

The operational stability of radial journal bearings is the bottleneck that limits the reliability of hydraulic suspension micropump. Due to self-excited vibrations, the whirl amplitude of the plain journal bearing(PJB) is large at high rotational speeds,which will accelerate wear failure. It has been proven that employing herringbone grooved journal bearing(HGJB) is an effective method to reduce the whirl amplitude and improve operational stability. However, enhancing the stability of journal bearings in micro-pumps by herringbone grooved structures has rarely been studied, and its effect needs to be verified. We validated the mechanism of the stability improvement with the CFD method and compared the dynamic characteristics of HGJB and PJB by rotor dynamics evaluation and experiment. The experimental results show that under the same conditions the whirl amplitude of the HGJB decreases by 29.61% in the x direction and by 24.09% in the y direction compared with that of the PJB. This study reveals the effect of the herringbone grooved structure on the operational stability of bearings and may provide guidance for the reliability improvement of hydraulic suspension micro-pump.

可变形磨损模型下微型离心泵复合磨损研究

为了探究微型离心泵在不同颗粒体积分数下的复合磨损类型与磨损变化,基于计算流体动力学与离散元耦合的方法,通过可变形磨料磨损Archard模型与可变形冲蚀磨损Oka模型对离心泵在不同颗粒体积分数(2%、4%、6%、8%、10%、12%)下的颗粒-部件碰撞占比率、磨损分布与演化进行了研究。通过对比实验发现颗粒体积分数在4%附近时颗粒与叶轮叶片、蜗壳碰撞占比率呈现不同的变化趋势。离心泵磨损以磨料磨损为主,磨料磨损中蜗壳为磨损最严重的部件,占总磨料磨损量的68.5%,随着颗粒体积分数的增加,蜗壳处磨料磨损由断面Ⅷ向断面Ⅰ演化,蜗壳前后端先后磨损。冲蚀磨损高磨损区域主要集中于叶轮叶片,占冲蚀磨损总量的95.83%,蜗壳处冲蚀磨损断面演化规律与磨料磨损变化规律近似,但蜗壳后端最先被磨损。颗粒体积分数对蜗壳磨料磨损变形量影响较大,蜗壳、叶轮磨料磨损变形量与冲蚀磨损变形量具有相似的变化趋势。

航天器用微泵激光焊接气孔形成机理研究

为研究微泵激光焊接过程中的气孔形成机理,通过试验分析了激光焊接速度、离焦量、保护气体种类和吹气方式对微泵焊缝气孔率的影响规律。结果表明,随着激光离焦量的增加,焊缝气孔率逐渐降低,当激光离焦量小于+3 mm时,激光焊接模式为深熔焊,焊缝内部存在较多的工艺型气孔和冶金型气孔;激光离焦量大于+5 mm时,激光焊接模式为热导焊,焊缝内部气孔率显著降低。随着焊接速度的提高,气孔上浮速度可能低于熔池凝固速度,导致内部气孔率增加。降低焊接速度、采用N2保护气和采用尾吹吹气方式均有助于降低微泵焊缝气孔率。

泵用微连通对称双卸荷槽及其困油与流量特性

为了充分提高外啮合齿轮泵的困油性能和完善双卸荷槽的现有设置理论,提出了一种双卸荷槽微连通对称设置的创新结构,并以常规无连通对称设置的双矩形卸荷槽为例,依次给出了创新结构的实现方法,构建了困油压力和理论流量的计算模型,比较分析了常规结构和创新结构下的困油压力、排量损失以及流量脉动质量等。结果表明:啮合点位置越接近最小困油容积位置,创新结构下的卸荷面积越大,突出解决了常规结构下该处的零卸荷面积问题;通过充分缓和常规结构下的困油压力,创新结构有效地避免了困油的高压冲击与低压气穴所造成的危害;相对于常规结构,创新结构的理论排量稍有下降,流量脉动有所加剧等。研究结果可为齿轮泵的优化设计提供参考。

Three-dimensional flow field simulation of steady flow in the serrated diffusers and nozzles of valveless micro-pumps

This paper presents a three-dimensional flow field simulation of the steady flows through diffusers and nozzles with straight or serrated-sided walls to analyze the effect of the channel structure on the flow characteristics.The pressure and velocity profiles in the diffusers and the nozzles as well as the net volumetric flow rate are determined.Our simulation demonstrates that the pressure and velocity profiles in the serrated diffuser/nozzles are more complicated than those with the straight-sided wall,while the net steady flow rate with the straight-sided wall increases monotonically with the increase of the pressure difference,the steady flow rate with serrated sided walls increases gradually to reach a maximum and then decreases with the increase of the pressure difference.The results suggest that the number of the sawteeth plays a significant role in optimizing the design of serrated diffusers and nozzles for improving the transport efficiency of valveless micro-pumps.

微量注射泵胰岛素输注在糖尿病酮症酸中毒重症抢救中的效果

目的观察并评估在重度糖尿病酮症酸中毒患者中应用微静脉注射胰岛素的效果。方法选取2020年8月—2023年8月山东省昌乐县人民医院重症医学科收治的64例糖尿病酮症酸中毒重症患者为研究对象,按随机数表法分为对照组和观察组,每组32例。抢救治疗时两组分别采用持续静脉滴注胰岛素、微量注射泵输注胰岛素治疗,对比两组血糖、相关临床指标。结果两组治疗前随机血糖、血糖水平恢复至正常值时间对比,差异无统计学意义(P均>0.05);观察组治疗后2、4、6 h随机血糖水平高于对照组,治疗后8 h随机血糖低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05);观察组纠正糖尿病酮症酸中毒胰岛素用量、低血糖反应发生人次少于对照组,血酮体转阴时间、平均住院时间短于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05)。结论微量注射泵胰岛素输注的治疗方式应用于抢救糖尿病酮症酸中毒重症患者效果显著,有利于促进血糖平稳下降,减少低血糖反应和胰岛素用量,具有较高的临床价值。

微型迷宫螺旋泵仿真分析优化

基于航天器热控系统对微型迷宫螺旋泵小流量高扬程的需求,开展了对微型迷宫螺旋泵结构参数的优化设计,以流道的螺旋升角、螺纹头数及动力界面夹角为研究对象,以扬程为优化目标,采用数值计算和试验相结合的方法,开展响应面分析及多参数优化,获得了扬程最优的结构参数组合,通过试验验证了优化结果的有效性,优化后的微型迷宫螺旋泵最大扬程提高了65.4%,该分析为微型迷宫螺旋泵的性能提升提供了技术支撑。

页岩气多段压裂水平井不等长裂缝定量评价方法研究

页岩气井的压裂改造效果受储层地质、岩石力学性质和地应力等多重因素综合影响,微地震监测和产液剖面测试均显示单井各段改造效果差异较大。为精细评价气井产能,需快速、准确地评价单段的改造效果,本文基于注入压降试井理论对单段压后停泵压降数据进行分析,建立页岩气压裂井不稳定渗流数学模型,获取停泵后压力和压力导数的双对数曲线,从曲线形态和解释参数对单段压裂的改造效果进行定量评价。实例应用结果表明:该方法的解释结果与微地震监测以及G函数分析结果基本吻合,验证了该方法的准确性。该方法可有效实现单段缝长的定量评价,为准确开展数值模拟提供基础,同时也为井距的优化调整提供技术支撑。

基于多目标算法集热/蒸发器微通道结构优化

为提升微通道集热/蒸发器流动与传热性能,该研究通过多目标算法对集热/蒸发器微通道孔结构进行优化。首先,建立集热/蒸发器流动传热耦合模型,通过试验验证模型准确性;其次,采用响应曲面法拟合集热效率和压降的目标函数,建立以微通道集热/蒸发器结构参数为变量的双目标优化模型,并通过多目标粒子群优化算法得到集热效率和压降的Pareto优化解集,用K-means聚类算法对优化解集进行分类;最后,采用不同季节典型工况试验数据确定最佳微通道孔结构尺寸。研究结果表明:集热效率和压降目标函数的决定系数R^(2)分别为0.995和0.999,拟合精度高;孔长、孔宽及孔间距对集热效率和压降影响显著;最终确定孔长1.27 mm、孔宽1.53 mm、孔间距0.39 mm为最佳微通道孔结构尺寸,与原结构相比,集热效率平均提高了8.29%,压降平均降低了11.05%。此方法提供了一定工况范围的优化解集,提升了微通道集热/蒸发器流动与传热性能。

微型化真空泵技术

微型化真空泵对于微机电系统和真空微电子器件的真空封装极具意义。本文从工作原理和工艺实现方面,分析了常见传统真空泵实现微型化的可行性,介绍了膜片泵、射流/扩散泵、努森泵和离子泵的微型化进展,并总结了当前存在的技术障碍。结果表明,目前热点研究的微型化真空泵已经可以构建从大气状态至高真空的真空系统。虽然真空泵微型化后,其性能和工作稳定性相对传统宏观真空泵有较大降低,但具有低功耗、可集成优势,对便携式系统和高真空微系统十分必要。

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明:在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。

车用双层微通道散热器热性能的优化研究

随着纯电动汽车芯片性能的快速提高,散热不足已成为电子技术发展的瓶颈。当热流密度超过100 W/cm 2,传统空气冷却技术就无法满足散热需求。双层微通道散热器因为具有较大的传热面积与体积比,被认为是改善散热性能的最佳方法之一。论文针对纯电动汽车芯片散热技术问题,采用响应曲面法对双层微通道散热器开展了优化研究。结果表明,优化后有更好的整体散热性能,与原始尺寸的两种双层微通道散热器相比,热阻分别降低4.23%、9.42%。

能源微网热源系统集成优化及节能减排研究

目的 利用能源微网热源系统集成优化技术,解决工业园区建筑运行阶段节能减排问题。方法 提出了联供系统新配置模式,采用节能、经济、环保多目标优化方法,建立能源微网热源系统集成优化的MINLP模型,采用单纯形法结合分枝定界法求解,得到了热源系统最优的设备配置和运行策略,并分析了该系统节能减排的效果。结果 对于传统模式,新模式一次能源节省率为73.88%,年总费用节省率为70.35%,CO_(2)、CO、NO_(X)和颗粒物四种污染物排放量分别降低了20.26%、69.50%、13.77%和17.87%,验证了新模式的优势。结论 笔者所提出的联供系统新模式有助于能源系统节能减排,所建立的集成优化模型为工业园区能源系统配置提供理论依据。

水冲压发动机增压进水系统构型及性能研究

对高速水中兵器而言,水冲压发动机是最理想的动力推进装置,然而低速无法启动致使其难以广泛应用。为了解决水冲压发动机的低速启动问题,提出了微型涡轮机拖动微型混流泵的水冲压发动机增压进水系统构型方案,完善了微型涡轮机和微型混流泵设计方法,建立了涡轮机和混流泵工作性能仿真计算模型,通过数值仿真验证了设计结果的合理性,完成了涡轮机和混流泵的匹配设计,分析了增压进水系统的工作性能。结果表明:涡轮机及增压泵各项设计结果与目标值最大相对偏差小于3.2%,增压系统可将来流压力增加2.0 MPa,使得水冲压发动机的启动航速由90 m/s降低至63 m/s。研究成果对水冲压发动机技术的工程应用有参考价值。

胰岛素微量泵注在糖尿病酮症酸中毒中的应用效果

目的探讨胰岛素微量泵注在糖尿病酮症酸中毒中的应用效果。方法选取2019年9月至2021年9月南方医科大学顺德医院的80例糖尿病酮症酸中毒患者作为研究对象进行回顾性分析,采用胰岛素治疗,按照给药方式的不同分成对照组(n=36)和观察组(n=44)。对照组患者采用胰岛素静脉滴注治疗,观察组患者采用胰岛素微量泵注方式。比较两组患者的临床疗效、低血糖发生率、治疗前后血糖指标水平(空腹血糖、餐后2 h血糖)及临床症状缓解时间(血糖恢复时间、pH恢复时间、胰岛素用量、尿酮体转阴时间、血酮体转阴时间)。结果观察组患者治疗后的临床总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者的低血糖发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者治疗后的空腹血糖以及餐后2 h血糖均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者的血糖恢复时间、pH恢复时间、尿酮体转阴时间、血酮体转阴时间均短于对照组,胰岛素用量少于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在糖尿病酮症酸中毒患者中应用胰岛素微量泵注方式,对患者临床症状的缓解以及血糖指标的恢复等更具有优势,且治疗有效率更高。

配流阀结构特征对微型高压柱塞泵流量输出特性的影响

为满足航空泵高功率密度化要求,微型高压柱塞泵采用阀配流方式能够有效减少泄漏,提高容积效率。针对影响微型高压柱塞泵流量输出特性的主要因素,建立阀配流微型高压柱塞泵数学模型,通过AMESim搭建不同结构的单向阀配流模型,将球阀、锥阀、平板阀等不同形式的单向阀芯进行不同组合结构的建模及仿真试验,对微泵的余隙容积、斜盘倾角、负载压力及单向阀的弹簧刚度、阀芯质量等影响因素进行仿真分析。结果表明:在现有结构下,吸液阀和排液阀均为平板阀时是最优配流阀组合形式;微泵在变转速工况下容积效率稳定,阀芯质量对配流阀迟滞性影响较小;增大斜盘倾角及减小负载压力和余隙容积能够有效改善配流阀开启滞后角,进而提高容积效率。

微量泵注与皮下注射奥曲肽分别联合甲磺酸加贝酯治疗急性胰腺炎的效果比较

目的 分析对比微量泵注与皮下注射奥曲肽分别联合甲磺酸加贝酯治疗急性胰腺炎的效果。方法 选取2019年2月-2022年2月本院接诊的100例急性胰腺炎患者为研究对象,依给药方式不同将其分为皮下组和泵注组,每组各50例。皮下组采取皮下注射奥曲肽联合甲磺酸加贝酯治疗;泵注组采取微量泵注奥曲肽联合甲磺酸加贝酯治疗。对比两组血压水平变化、血管内皮功能、有效性指标、不良反应及疗效。结果 泵注组恢复情况较皮下组更优(P<0.05);治疗后血清炎症因子水平、淀粉酶水平均较治疗前下降,且泵注组较皮下组更低(P<0.05);泵注组不良反应较皮下组更低,泵注组疗效较皮下组更高(P<0.05)。结论 微量泵注奥曲肽联合甲磺酸加贝酯治疗,相较于皮下注射奥曲肽联合甲磺酸加贝酯治疗,能缩短患者治疗时间,疗效更佳。

微腔光频梳研究进展:从均匀到非均匀泵浦

光频梳光谱在频域呈梳状等间距分布,兼具宽光谱、高相干、低相噪等特点,因此在光钟、测距、光谱检测、相干通信等诸多领域具有良好应用前景。微腔为光频梳产生提供了小型集成化平台,使得微腔光频梳,尤其是高相干的耗散克尔孤子光梳,在近年备受研究者们关注。绝大多数微腔光频梳的实现依赖于均匀连续光泵浦,然而非均匀泵浦,如相位调制与脉冲泵浦,因其在孤子重频控制与能量转化效率方面具有特定优势,逐步进入研究者视野。本文回顾了微腔光频梳研究进展,具体综述了关于非均匀驱动场下耗散克尔孤子的产生及其动力学研究,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。非均匀泵浦能够提高耗散克尔孤子的可控性及能量转化效率,将为更多微腔光频梳应用铺平道路。

微型高速轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真分析

微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时,产生较大的力矩损失,影响柱塞泵的效率。首先,建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次,分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后,通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点,分析了其力矩损失。结果表明:转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍,其中,柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化,压差力矩损失波动较大,黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动,由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大;同时,靠近出油口和下止点位置处,油液压力较小。