东莞南方水泵丨**小型粘性泵设计原理

微型电子机械系统MEMS的飞速发展较大地促进了微型流体机械的发展。以流体为介质的微型流体机械在医疗、测试、微型家电等领域具有广泛的应用前景。近十几年来，**小型泵和微型泵的制造技术有了*发展，并且在泵的制造工艺及驱动方式上也做了大量的工作。相比之下，对其内部流动规律的研究还相对较少。目前国外的有些学者利用不平衡粘性剪切力原理对**小型及微型泵进行了设计探讨实践表明，只有对泵内部的流动规律进行深入的研究，才能较好地实现泵的性能预测和优化设计。
粒子成像测速仪PIV是近几年兴起的测量技术它可以对整个流场进行**测量，并显示流场的流动状况。本文利用PIV技术对一台**小型粘性泵的内部流场进行了流动测量，得到了在各种工况下泵内部流动的流线、等效流量以及速度因子等的分布曲线，并进行了比较分析。
按照驱动方式的不同，东莞南方水泵阐述**小型泵可分为机械驱动式与非机械驱动式两大类：前者可看作是常规机械驱动泵的小尺度模型，通常这种泵的流量和扬程较高，但由于受限于机械加工的条件和精度，这种泵的尺度相对较大；而后一种**小型泵通常釆用静电、压电，电磁、热变形、相变等非机械方式驱动，由于驱动力相对较小，因此这种泵的流量和扬程较低，其特征尺寸也相应较小。
此次试验的**小型粘性泵是一种机械驱动的垂直转子轴承，如图1所示。Sen等人在1996年提出了利用流体粘性在**小型及微型泵中驱动流体的思想，并对此进行了研究、探讨。其设计原理如下：若在两平板间偏置一个轴线垂直于流动方向的圆柱体，当流体流过该圆柱体时，由于圆柱体与上下两平板的间隙不同，使得流过这两个间隙的流量不同，因此该圆柱体两侧所受的剪切力就不同，从而使圆柱体发生旋转。反之，若在流体内旋转该偏置的圆柱体则可以达到驱动平板间流体的目的。文献作者设计加工并探讨了其内部流动的一些特征，但是在内部流场的试验研究中，只是进行了定性的观测，而未对其整个速度场进行定量的测量，从而无法较加深入的了解内部流动状况。广东南方水泵是在文献研究基础上，改装、加工了整个试验系统并采用PIV技术对其内部流动进行了可视化量测。
图1中，A为一个**面敞开的**玻璃箱，内腔长200mm、宽80mm、高100mm，在距底面2h处水平放置一块**玻璃平板B，长80mm、宽80mm、高5mm，其位置可上下调整。圆柱体C放置在板B和底面A之间，直径为2a(a为半径），长度为80mm，且距板B及底面A分别为hU和hL(这里我们设定hL≤hU)。在整个试验过程中心共设置了三个值：10mm、15mm、20mm，而hl保持为5mm。当圆柱体C旋转时，设定平板B以下虚线以内的区域为泵体，其它区域则可以简化为循环回路。根据试验可知，转轴C轴线方向的流动差别较小，因此可将A内部的流动简化为二维问题。试验中选择了乙二醇作为试验介质，其密度p为1118.8kg/m3，运动粘性系数v为22.1*10-6m2/s。根据所设计的模型，我们定义了流动的雷诺数Re=UL/v，其中U为特征速度，L为特征长度。试验中我们取U=wa、L=2a，w为转轴C的角速度，其与转速n的关系为w=2πn/60，同时也定义了隔板相对间隔率S=h/a。
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