喷流压电泵的理论分析与试验研究

论文摘要

本文提出将压电泵与喷流技术相结合，研制喷流压电泵的设计思想。首先利用悬臂梁阀片与圆形压电振子构造有阀喷流压电泵(简称悬臂梁阀喷流压电泵)。分析了压电振子、阀片结构尺寸、腔体、阀孔结构及出流方位等参数对喷流压电泵输出性能的影响规律。设计制作了样机泵，并对其喷流能力进行了试验研究。其次对无阀(也称锥形阀)喷流压电泵进行了理论分析。认为收缩管／扩张管流动阻力系数的比值是决定无阀喷流压电泵是否具有出流能力以及以何种方式出流的重要因素，并给出了收缩管／扩张管阻力系数以及扩张比的选取原则，分析了锥形角度对无阀喷流压电泵的喷流能力的影响规律。并对有阀喷流压电泵和无阀喷流压电泵的喷流能力进行了试验比较。 最后，对喷流压电泵进行了初步的应用研究。设计制作了音乐喷泉系统，并进行了试验分析。利用喷流压电泵设计了微型喷水推进装置，并对其进行了试验研究。为喷流压电泵的应用研究提供了新的思路。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 流体泵的分类
• 1.3 压电泵国内、外研究现状
• 1.3.1 国外压电泵的研究现状
• 1.3.2 国内压电泵的研究现状
• 1.4 喷水推进技术的研究现状
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 喷流压电泵的基础理论
• 2.1 压电效应及压电材料
• 2.1.1 压电效应
• 2.1.2 压电材料
• 2.1.2.1 石英晶体
• 2.1.2.2 压电陶瓷
• 2.2 压电振子
• 2.2.1 压电振子的特性
• 2.2.2 压电方程
• 2.3 圆形复合压电振子的振动分析
• 2.3.1 压电振子的运动方程
• 2.3.2 边界条件和连接条件
• 2.4 孔口管嘴喷流理论
• 2.4.1 孔口出流
• 2.4.1.1 孔口自由出流
• 2.4.1.2 孔口淹没出流
• 2.4.2 管嘴出流
• 2.5 本章小结
• 第三章 有阀喷流压电泵的理论分析
• 3.1 压电泵阀的特性分析
• 3.1.1 被动截止阀的种类
• 3.1.2 液体中阀片的动态特性
• 3.1.3 阀片的动态模型建立
• 3.1.4 阀片的响应特性
• 3.1.5 阀孔结构及其出流特性
• 3.1.6 阀片开启压力
• 3.1.7 阀的出流能力
• 3.2 有阀喷流压电泵的理论分析和设计方法
• 3.2.1 有阀压电泵的组成结构和工作原理
• 3.2.2 有阀喷流压电泵的简化模型
• 3.2.3 有阀喷流压电泵的设计方法
• 3.2.4 气化现象及其对喷流压电泵性能的影响
• 3.2.5 喷流压电泵腔体高度的确定
• 3.2.6 腔体内流体压力分布规律
• 3.2.6.1 径向出流时泵腔内流体压力分布
• 3.2.6.2 轴向出流时泵腔内流体压力分布
• 3.3 本章小结
• 第四章 无阀喷流压电泵的理论分析
• 4.1 锥形阀的工作原理
• 4.1.1 有阀和无阀压电泵工作原理比较
• 4.1.2 收缩管/扩张管的最小长度问题
• 4.1.3 收缩管/扩张管的管内流动状态
• 4.1.4 无阀喷流压电泵的流量公式
• 4.1.5 收缩管/扩张管锥形角的选取问题
• 4.2 无阀喷流压电泵的结构及其工作过程
• 4.3 无阀喷流压电泵的性能测试研究
• 4.3.1 锥形角对无阀喷流压电泵性能的影响
• 4.3.2 频率对无阀喷流压电泵工作性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷流压电泵的试验研究
• 5.1 有阀压电泵的试验研究
• 5.1.1 驱动压电信号形式的选择
• 5.1.2 有阀喷流压电泵输出性能试验
• 5.1.2.1 有阀喷流压电泵基本特性
• 5.1.2.2 腔体高度和输出压力对输出性能的影响
• 5.1.3 阀片对喷流压电泵输出性能的影响
• 5.1.3.1 阀片尺寸对输出性能的影响
• 5.1.3.2 阀孔结构尺寸对输出性能的影响
• 5.1.3.3 阀孔位置对输出能力的影响
• 5.2 无阀喷流压电泵的试验研究
• 5.2.1 无阀喷流压电泵输出性能的试验研究
• 5.2.2 喷流量和背压性能测试
• 5.2.3 无阀喷流压电泵喷流性能测试
• 5.2.4 不同结构参数对喷流量影响的试验研究
• 5.2.4.1 喷射口径尺寸对喷流量的影响
• 5.2.4.2 出水口流道长度对喷流量的影响
• 5.2.4.3 入水口通流面积对喷流量的影响
• 5.2.4.4 泵腔高度对喷流量的影响
• 5.2.5 有阀和无阀喷流压电泵输出性能对比试验
• 5.3 本章小结
• 第六章 喷流压电泵的应用研究
• 6.1 压电式音乐喷泉系统的研究
• 6.1.1 音乐喷泉系统的研究现状
• 6.1.2 压电式音乐喷泉系统的理论分析
• 6.1.3 驱动压电泵的电源信号波形的选择
• 6.1.4 音乐喷泉泵的设计思想
• 6.1.4.1 音频信号的采集分析
• 6.1.4.2 驱动喷泉泵的电压信号产生
• 6.1.5 音乐喷泉泵电控系统工作原理
• 6.1.5.1 音乐控制喷泉泵系统框图
• 6.1.5.2 音乐控制系统电路原理图设计
• 6.1.6 音乐控制的喷泉系统的实验研究
• 6.2 喷水推进装置的研究
• 6.2.1 喷水推进基础理论
• 6.2.1.1 理想推力和效率
• 6.2.1.2 推进器的实际效率
• 6.2.1.3 载体的阻力分析
• 6.2.2 推进器的动态阻力测定
• 6.2.3 静态临界阻力的实验测定
• 6.2.4 喷水推进简易动力学模型
• 6.2.5 推进力的试验测定
• 6.2.6 试验结果分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢
• 摘要
• Abstract