压电泵是利用压电体激发的振动直接作用于流体,使其产生动压或流量输出的一种新型流体泵。相对于传统泵,压电泵具有结构简单、体积小、无电磁干扰、输出特性易于控制等诸多优点,因而广泛应用于航空航天、医疗器械、生物基因工程,化学分析,机器人等领域。压电泵不是传统泵的简单微型化,其形状、尺寸、流体的流动特性等对泵的性能均有很大影响。本文提出的扩张管/收缩管型无阀压电泵不仅克服普通压电泵的一些常见缺陷(如工作频率较低,流量输出波动大,运动部件的早期磨损和疲劳破坏),还可以将泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者制成一体,大大简化压电泵的结构,提高其工作可靠性。此外,该泵还具有结构紧凑、制造成本低和易于微型化等特点。为探讨该泵内部流动规律提高其性能,本文具体研究内容及结论主要包含以下几方面:1.简要地概述了基于微电子机械系统(MEMS)的微型泵及其分类,对压电泵国内外研究现状及发展前景进行了归纳总结。2.介绍了微尺度流动的基础理论,对微流泵内部的流动特性进行了理论分析,给出理论流量及流阻比系数、泵效率等的表达式。3.基于压电基础理论知识,推导出圆形压电振子变形量及固有频率的理论表达式,同时利用有限元软件ANSYS对圆形单晶片压电振子进行振动分析及模态分析,找到影响压电振子中心处振幅的相关因素,分析讨论了不同结构参数以及材料参数对压电振子中心处振幅的影响。结果表明:在简支约束下,基板材质选用为铜,在不改变基本尺寸的情况下压电片与基板半径比约为0.7,压电片厚度较薄,激励电压较大时,可获得较大的变形量及强度要求。这些结论为优化压电振子结构提高其性能提供了理论依据。4.建立扩张/收缩流道结构的数学模型,通过ANSYS CFD模块对流道进行有限元分析,得出流道内压力与速度分布的影响曲线,分析讨论了各尺寸参数对流阻比系数的影响并对其进行优化,尽可能的提高流阻比系数,同时降低流动阻力。运用C语言对压电振子的动态特征进行UDF编程,将其调入Fluent软件中,并结合动网格技术,通过间接耦合的方法对优化后的整泵系统进行数值模拟,得到泵的内部流场特性。研究分析驱动频率、振幅(电压)等因素对泵送功能的影响。结果表明:在其他条件不变的情况下,加载频率为400Hz时可获得最大流量,电压越大其流量也越大。这些结论为优化设计该类型压电泵提供有益的参考。