流阻差型流管无阀压电泵利用流管的双向流阻不等性控制流体流向,具有结构简单、性能可靠、易于微型化、功率密度高、响应速度快、噪音小等优点,在生物医学、化学分析、电子散热等领域有着广泛的应用前景。然而,无阀压电泵大多采用相同的流阻差型流管分布于泵腔两侧,设计灵活性较差,应用场合受限制。本课题在国家自然科学基金项目(No.51605200)的资助下,以可应用于电子芯片散热的类分形“Y”型分叉流管无阀压电泵为研究对象,提出了一种非对称树状流管无阀压电泵,在保留流管流阻不等性的同时减小压电振子的负载,以达到提升泵性能的目的。本研究采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的方式,对非对称结构的树状流管无阀压电泵的流体传输和传热特性展开研究,以期拓展无阀压电泵的应用领域,提高压电泵的实用性,为非对称结构的无阀压电泵设计提供新的指导方法。本文的主要研究内容和取得成果如下:1、非对称树状流管无阀压电泵的结构设计根据流阻和压电振子负载之间的关系,提出了非对称树状流管无阀压电泵;理论分析了泵流量和流管流阻间的关系,得到了非对称树状流管无阀压电泵的流量方程;数值计算了树状流管的双向流阻系数,验证了非对称树状流管无阀压电泵结构设计的可行性。2、非对称树状流管无阀压电泵的试验在可行性分析的基础上,根据树状流管的两种结构,加工了两台样机,并进行压电泵性能测试;由性能对比分析可知,非对称树状分叉流管无阀压电泵具有更好的输出性能,为进一步研究提供了基础。3、不同流管布置对无阀压电泵输出性能的影响为探究流管布置方式对无阀压电泵输出性能的影响,本文加工制作了对称结构树状流管无阀压电泵,并进行了输出性能试验;理论推导了无阀压电泵的效率方程,由计算可得:在最佳工况点附近,非对称树状流管无阀压电泵的效率高于对称结构的树状流管无阀压电泵,也验证了非对称树状流管无阀压电泵能更好地平衡流管流阻与泵输出之间的关系。4、非对称树状管网无阀压电泵的设计及传热研究通过对树状流管阵列得到树状管网,并构造了非对称树状管网无阀压电泵;基于分形维理论推导了流管直径分布分形维数与泵输出流量、换热量之间的表达式;对三组不同直径分布分形维数的非对称树状管网无阀压电泵的输出流量、脉动量及温度分布进行了数值计算和试验研究。结果表明:当流管直径分布分形维数为3时,压电泵的输出流量最大;当流管直径分布分形维数为2时,压电泵的散热效果最佳。该研究结果为无阀压电泵在微电子散热领域的应用提供了重要参考。