无阀压电泵因结构紧凑简单易于微型化和不受到电磁干扰,在药物输送、芯片冷却、细胞搬运、医疗雾化等行业有着极大的发展前景。经过几十年的研究,虽然锥形流管结构的无阀压电泵最具有产业化前景,但目前仍然存在输送稳定性低、流动趋势单一等缺点,导致漩涡湍流出现,限制其在流动稳定性要求高的场合应用。因此,加强无阀压电泵的研究力度,提高无阀压电泵的输送品质,解决单一流动趋势带来的漩涡、湍流、边界层分离等问题,拓展无阀压电泵的应用领域,将会促进微流控技术、高分子及药物输送技术、电子芯片冷却技术等相关高科技行业的发展。本文是在国家自然科学基金项目(No.51375227)和广州市教育局重点科研项目(No.1201610315)的共同资助下完成。本文根据自然界中流线形结构在流体中运动受到阻力较小的现象,提出一种流线形流管无阀压电泵用于改变单一的流动趋势,从而改善泵送质量提高稳定性。文章从理论分析、仿真模拟、实验验证三个方面共同证明了流线形流管无阀压电泵具有可行性,并对性能进行了研究,为该类型无阀压电泵的开发及应用提供研究基础。本文将围绕流线形流管无阀压电泵展开泵送机制、流场特性、泵送方向、泵送能力实验等方面的研究,主要研究内容如下:(1)结构设计。主要是针对流线形流管及其无阀压电泵进行结构设计,根据流线形结构在流体中的运动特性,通过流线形回转体设计方法完成流管结构设计确定其结构参数,并构建了边界层分离条件与流管结构之间的数学关系。(2)理论分析。从理论分析证明了流线形流管正反向流动时具有流阻差特性,给出了流阻系数表达式,建立了泵送流量表达式与频率、电压、流阻等参数之间的数学关系,从理论上证明了泵效应的存在。(3)有限元模拟。对泵内流场进行有限元模拟,得到不同压差下流管压力云图和速度流线图,验证了理论分析对流场压力变化预测的正确性,验证了流线形流管具有流阻差特性,探讨了流线形流管内部漩涡和湍流改善问题。通过仿真证明了流线形流管无阀压电泵具有泵送能力并验证了理论分析的正确性。(4)实验分析。利用3D打印技术加工制作了样机,并对流体从正反向流经流管进行了实验,证明了正反向流动时存在流阻差。通过对压电振子振幅和泵送流量实验,进一步分析了振动与流量之间的关系,并将实验结果与仿真进行对比,证明了仿真的正确性,综合说明了流线形流管构成的无阀压电泵的可行性。(5)对比研究。设计加工多组不同角度参数的流线形流管及其无阀压电泵,并进行仿真和实验研究,建立整泵流场区域动态仿真模型,进一步分析性能与角度之间的关系,给出不同参数流管构成的无阀压电泵的适用场合。综上所述,本文从理论、仿真和实验三个方面共同证明了流线形流管及其无阀压电泵具有流阻差特性和泵效应,分析了流线形流管无阀压电泵能够改变流动趋势避免边界层分离、改善湍流和漩涡的本质原因。