CN105545712B - 收缩管合成射流无阀压电泵 - Google Patents
收缩管合成射流无阀压电泵 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105545712B CN105545712B CN201610107655.8A CN201610107655A CN105545712B CN 105545712 B CN105545712 B CN 105545712B CN 201610107655 A CN201610107655 A CN 201610107655A CN 105545712 B CN105545712 B CN 105545712B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pump
- shrink nozzle
- taper
- upper chamber
- lower chambers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/0009—Special features
- F04B43/0027—Special features without valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/04—Pumps having electric drive
- F04B43/043—Micropumps
- F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
本发明公开一种微流体***中的收缩管合成射流无阀压电泵，上泵体和下泵体之间的外沿四周处连接4根立柱，4根立柱沿圆周方向均匀布置，4根立柱之间的空隙形成泵进口，4根立柱、上泵体和下泵体之间围成的空间是上腔室，流体从立柱间的泵进口进入上腔室内；上泵体的正中间开有与上腔室相通的泵出口，下泵体的正中间设有下腔室和位于下腔室正上方的锥形收缩喷管，锥形收缩喷管连通于上腔室和下腔室，锥形收缩喷管上端是小端、下端是大端；下腔室的底部正下方是振动膜片，振动膜片下表面正中间粘结压电振子，本发明能够实现连续和较高流量出流，响应速度快。
Description
技术领域
本发明属于微流体机械、微流体传输与控制技术领域，具体是微流体***中的无阀压电微型泵。
背景技术
压电微型泵是微流体***中的驱动元件，其性能直接影响着整个微流体***，压电微型泵的驱动方式简单易操作，加工制作的精度要求相对较低，可集成度较高，易于实现微型化。其中，无阀压电泵利用特殊的微管道结构和微流动特性实现泵的运行，无可动阀片结构避免了阀结构的缺陷，因此更易于微型化和集成化。
基于MEMS的快速发展和对非线性复杂***的不稳定性理论研究诞生出一种全新的流体主动控制技术，即合成射流技术。合成射流又被称为“零质量射流”，它可以利用被控流场内自身的流体“合成”一股射流而不需要引入额外的质量，该股射流其实是由一系列连续不断向外扩展的非定常涡对组成。正是由于合成射流技术具有常规射流所不具有的显著特点，该技术正逐步显示出在流场与换热的主动控制和在控制流动分离领域得到应用。
普通无阀压电泵具有流量小，输出不连续的缺陷，为了克服这一缺陷，将合成射流技术应用到无阀压电泵中，利用合成射流原理实现流动方向的控制。有些合成射流无阀泵，由双振子驱动的，但是结构复杂，加工困难且尺寸偏大，难以应用于微流体***。有些合成射流无阀泵使用了收缩喷管来提高喷口速度，但该泵为平面结构，流量较小，效率偏低。
发明内容
本发明的目的是为解决现有合成射流无阀泵存在的问题，提供一种结构简单，流体喷出时速度更大，流量更大且能连续出流的收缩管合成射流无阀压电泵。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括上泵体和下泵体，上泵***于下泵体的正上方，上泵体和下泵体之间的外沿四周处连接4根立柱，4根立柱沿圆周方向均匀布置，4根立柱之间的空隙形成泵进口，4根立柱、上泵体和下泵体之间围成的空间是上腔室，流体从立柱间的泵进口进入上腔室内；上泵体的正中间开有与上腔室相通的泵出口，下泵体的正中间设有下腔室和位于下腔室正上方的锥形收缩喷管，锥形收缩喷管连通于上腔室和下腔室，锥形收缩喷管上端是小端、下端是大端；下腔室的底部正下方是振动膜片，振动膜片下表面正中间粘结压电振子。
进一步地，锥形收缩喷管的上端内径为0.1mm-2mm，锥度θ为0°-30°。
更进一步地，上腔室的垂直高度与锥形收缩喷管的上端内径比值为20-40，下腔室的内径与锥形收缩喷管的上端内径比值大于50，锥形收缩喷管的垂直深度与锥形收缩喷管的上端内径的比值为2-6。
本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：本发明将合成射流技术应用到无阀微泵领域，采用收缩喷管，较普通直喷管能够得到更大的喷口速度，从而得到更大的流量；结构简单，易于加工，无电磁干扰，能耗低，能够实现连续和较高流量出流；响应速度快，振动频率范围大，体积变形量大，效率高，性能稳定；将压电振子作为驱动元件，在驱动频率为100Hz，驱动电压为100Vp-p时，流量可达58.02ml/min。
附图说明
图1是本发明收缩管合成射流无阀压电泵的结构剖视图；
图2是图1中A-A向剖视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1所示本发明在排出过程的工作原理图；
图5是图1所示本发明在吸入过程的工作原理图；
图中：1-上腔室；2-泵出口；3-上泵体；4-泵进口；5-下泵体；6-锥形收缩喷管；7-压电振子；8-下腔室；9-振动膜片；10-立柱。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明包括上泵体3和下泵体5，上泵体3位于下泵体5的正上方，两者的中心轴共线。在上泵体3和下泵体5之间用4根立柱10连接，立柱10的上端固定于上泵体3的外沿四周处，立柱10的上端固定于下泵体5的外沿四周处。4根立柱10沿圆周方向均匀布置，每两根立柱10的中心之间的夹角是90度。4根立柱10之间的空隙形成泵进口4，泵进口4为圆周式进口。4根立柱10、上泵体3和下泵体5围成的空间是上腔室1。四周流体从立柱10间的空隙泵进口4进入上腔室1内。
在上泵体3的正中间开有泵出口2，泵出口2与上腔室1相通。在下泵体5的正中间设有锥形收缩喷管6和下腔室8，锥形收缩喷管6位于下腔室8的正上方，将上腔室1与下腔室8作连通，锥形收缩喷管6上端是小端，连通上腔室1，锥形收缩喷管6下端是大端，连通下腔室8。
下腔室8的底部正下方有振动膜片9，振动膜片9粘结于下泵体5的下表面正中间，振动膜片9的下表面正中间粘结压电振子7，压电振子7通过导电环氧树脂粘结剂粘结在振动膜片9上。
上腔室1、下腔室8和泵进口2由深反应离子刻蚀工艺加工而成，上泵体3、下泵体5和4根立柱10由胶合工艺结合，振动膜片9由黄铜或其他弹性材料制作，可与下泵体5键合或胶合，压电振子7是驱动元件，用溶胶凝胶工艺沉积在振动膜片9上。
上腔室1、泵出口2、上泵体3、下泵体5、锥形收缩喷管6、压电振子7、下腔室8和振动膜片9的横截面形状均为圆形，且它们的中心轴在竖直方向上共线。
锥形收缩喷管6的上端内径最小，上端内径Da为0.1mm-2mm，锥度θ为0°-30°，上腔室1的垂直高度H与锥形收缩喷管6的上端内径Da比值范围为20-40，下腔室8的内径Dc与锥形收缩喷管6的上端内径Da比值大于50，锥形收缩喷管6的垂直深度与上端内径Da的比值范围为2-6。
参见图4和图5所示，本发明工作时，压电振子7在周期性变化的电压信号下会产生逆压电效应，振动膜片9随之产生周期性的上下振动。参见图4，在排出过程中，振动膜片9向上运动时，在锥形收缩喷管6的上端边缘处，流体受到强烈的剪切作用，从而产生流动分离形成漩涡对，漩涡对卷吸周围的流体向上向泵出口2流动，同时大量流体由泵进口4进入到上腔室1中。参见图5，吸入过程中，振动膜片9向下运动，此时，之前的漩涡对已远离锥形收缩喷管6不受吸入过程的影响，并和卷吸的流体一起由泵出口2流出，泵进口4在吸入过程中一直有流体流入；根据合成射流的原理，流体在这种吸入和排出交替的过程中，形成连续不断的漩涡对并卷吸流体向泵出口2迁移，从而形成连续出流。
Claims (5)
1.一种收缩管合成射流无阀压电泵，包括上泵体（3）和下泵体（5），上泵体（3）位于下泵体（5）的正上方，其特征是：上泵体（3）和下泵体（5）之间的外沿四周处连接4根立柱（10），4根立柱（10）沿圆周方向均匀布置，4根立柱（10）之间的空隙形成泵进口（4），4根立柱（10）、上泵体（3）和下泵体（5）之间围成的空间是上腔室（1），流体从立柱（10）间的泵进口（4）进入上腔室（1）内；上泵体（3）的正中间开有与上腔室（1）相通的泵出口（2），下泵体（5）的正中间设有下腔室（8）和位于下腔室（8）正上方的锥形收缩喷管（6），锥形收缩喷管（6）连通于上腔室（1）和下腔室（8），锥形收缩喷管（6）上端是小端、下端是大端；下腔室（8）的底部正下方是振动膜片（9），振动膜片（9）下表面正中间粘结压电振子（7）。
2.根据权利要求1所述收缩管合成射流无阀压电泵，其特征是：锥形收缩喷管（6）的上端内径为0.1mm-2mm，锥度θ为0°-30°。
3.根据权利要求2所述收缩管合成射流无阀压电泵，其特征是：上腔室（1）的垂直高度与锥形收缩喷管（6）的上端内径比值为20-40，下腔室（8）的内径与锥形收缩喷管（6）的上端内径比值大于50，锥形收缩喷管（6）的垂直深度与锥形收缩喷管（6）的上端内径的比值为2-6。
4.根据权利要求1所述收缩管合成射流无阀压电泵，其特征是：上腔室（1）、泵出口（2）、上泵体（3）、下泵体（5）、锥形收缩喷管（6）、压电振子（7）、下腔室（8）和振动膜片（9）的横截面形状均为圆形，且它们的中心轴在竖直方向上共线。
5.根据权利要求1所述收缩管合成射流无阀压电泵，其特征是：振动膜片（9）粘结于下泵体（5）的下表面正中间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610107655.8A CN105545712B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 收缩管合成射流无阀压电泵 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610107655.8A CN105545712B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 收缩管合成射流无阀压电泵 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105545712A CN105545712A (zh) | 2016-05-04 |
| CN105545712B true CN105545712B (zh) | 2017-07-18 |
Family
ID=55825163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610107655.8A Expired - Fee Related CN105545712B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 收缩管合成射流无阀压电泵 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105545712B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11002221B2 (en) * | 2017-07-19 | 2021-05-11 | The Boeing Company | Acoustic cavity tailored synthetic jet |
| CN110107487B (zh) * | 2019-06-13 | 2024-07-19 | 吉林大学 | 一种基于合成射流原理的无阀压电气泵 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6759159B1 (en) * | 2000-06-14 | 2004-07-06 | The Gillette Company | Synthetic jet for admitting and expelling reactant air |
| CN2818843Y (zh) * | 2005-09-28 | 2006-09-20 | 吴丽萍 | 单振子双腔体无阀压电泵 |
| CN101397988A (zh) * | 2008-09-26 | 2009-04-01 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种连续流微泵 |
| CN101542122A (zh) * | 2006-12-09 | 2009-09-23 | 株式会社村田制作所 | 压电微型鼓风机 |
| CN103016296A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-04-03 | 江苏大学 | 基于合成射流的压电微泵 |
| CN103644098A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-19 | 江苏大学 | 可实现输送方向切换的合成射流型无阀压电泵及工作方法 |
-
2016
- 2016-02-29 CN CN201610107655.8A patent/CN105545712B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6759159B1 (en) * | 2000-06-14 | 2004-07-06 | The Gillette Company | Synthetic jet for admitting and expelling reactant air |
| CN2818843Y (zh) * | 2005-09-28 | 2006-09-20 | 吴丽萍 | 单振子双腔体无阀压电泵 |
| CN101542122A (zh) * | 2006-12-09 | 2009-09-23 | 株式会社村田制作所 | 压电微型鼓风机 |
| CN101397988A (zh) * | 2008-09-26 | 2009-04-01 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种连续流微泵 |
| CN103016296A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-04-03 | 江苏大学 | 基于合成射流的压电微泵 |
| CN103644098A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-03-19 | 江苏大学 | 可实现输送方向切换的合成射流型无阀压电泵及工作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 何秀华，等.基于合成射流的无阀压电泵性能.《北京工业大学学报》.2015,第41卷(第4期),第493-500页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105545712A (zh) | 2016-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204436756U (zh) | 一种基于惯性驱动的谐振型压电泵 | |
| CN1232728C (zh) | 无阀薄膜驱动型微泵 | |
| CN106194676B (zh) | 具有过滤功能的无阀压电泵 | |
| CN102691647B (zh) | 一种轴对称椭圆管无阀压电泵 | |
| CN101975154A (zh) | 对数螺旋组合管无阀压电泵 | |
| CN105545712B (zh) | 收缩管合成射流无阀压电泵 | |
| CN102135087B (zh) | 扩散/收缩组合管无阀压电泵 | |
| CN102691648A (zh) | 一种轴对称对数螺旋管无阀压电泵 | |
| CN103016318B (zh) | 一种基于附壁效应的无阀压电泵 | |
| CN203248325U (zh) | 基于合成射流的压电微泵 | |
| CN103016296B (zh) | 基于合成射流的压电微泵 | |
| CN202707435U (zh) | 一种轴对称椭圆管无阀压电泵 | |
| CN107035668B (zh) | 一种阻块式附壁射流无阀压电微泵 | |
| CN106979145B (zh) | 一种平面型合成射流无阀压电微泵 | |
| CN102900658B (zh) | 一种多锥型腔无阀压电泵 | |
| CN209892418U (zh) | 一种轴流式微型压电气体压缩机 | |
| CN206111498U (zh) | 具有过滤功能的无阀压电泵 | |
| CN2818843Y (zh) | 单振子双腔体无阀压电泵 | |
| CN113464410B (zh) | 一种压力无级可调的大流量压电泵 | |
| CN103016317B (zh) | 一种基于附壁效应的三腔无阀压电泵 | |
| CN101397988B (zh) | 一种连续流微泵 | |
| CN102230465A (zh) | 一种阿基米德螺线流管无阀压电泵 | |
| CN109578252A (zh) | 一种圆形压电泵 | |
| CN202707436U (zh) | 一种轴对称对数螺旋管无阀压电泵 | |
| CN103644098B (zh) | 可实现输送方向切换的合成射流型无阀压电泵及工作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170718 Termination date: 20180229 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |