動壓懸浮式微型泵的內部流動及運行穩定性研究

《動壓懸浮式微型泵的內部流動及運行穩定性研究》是依託清華大學，由羅先武擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：動壓懸浮式微型泵的內部流動及運行穩定性研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：羅先武
• 項目類別：面上項目

項目摘要

動壓懸浮式微型泵是一種很有前途的微型流體機械，研究該泵內部流動及運行穩定性不僅可拓展這類泵在人類社會生活中的套用，還具有重要的科學意義。本項目基於大量的實驗和計算，研究動壓軸承的關鍵設計參數對微型泵葉輪幾何參數取值範圍及流道中壓力脈動的影響，得出動壓懸浮葉輪的多目標最佳化設計方法；針對動壓懸浮式微型泵的流道特徵，發展適合於具有間隙的複雜流道和變動邊界的混合格線技術，並套用於微型泵全流道的DES計算；進行微型泵轉子的動態特性測試，確定動壓軸承設計及流場的壓力變動對泵輪轉子動力學特性的影響；依據可靠性設計原則，研究動壓懸浮式微型泵運行穩定性的評估方法，並以之分析動壓軸承及泵流道的主要參數對運行穩定性的影響；總結出一套提高動壓懸浮式微型泵運行穩定性的初步設計指導原則。本研究不僅能促進我國微型泵領域的技術進步，而且所發展的混合格線技術可為類似的複雜流道及變動邊界流動問題提供實用的解決方法。

結題摘要

本項目提出了一種葉輪與（電機）轉子為一體、無機械軸的新型微型泵設計概念。基於大量的實驗和計算，成功研製了動壓懸浮式微型泵的樣機，該樣機的機組（含電機）總質量僅420克。水力試驗及機械耐久性實驗證明該樣機的水力性能達到設計要求，運行安靜（噪聲極低），穩定性良好。課題組於2011年11月攜該樣機參展第十三屆中國國際工業博覽會，獲高校展區一等獎。通過本項目研究，發展了適合於具有間隙通道的複雜流道和變動邊界的複合格線技術，並套用於微型泵全流道的DES計算。由此改善了動壓懸浮式微型泵性能預測的精度；以全流道的計算結果為邊界條件，對動壓懸浮式微型泵的間隙流動進行了精細模擬，得出了液體動壓支撐的關鍵設計參數（如轉速、轉子偏心率、轉子與定子之間的間隙）對轉子承載力的影響規律，以及對微型泵葉輪幾何參數取值範圍的約束；採用優質透明有機玻璃製作了模型泵的流動部件，開展了微型泵內部流動特徵的PIV測試，得到了模型泵內部特殊區域及葉輪進口前的流動特徵；設計了7種葉輪和2種壓水室，通過數值計算考察了葉輪幾何設計參數、葉輪與壓水室匹配關係對微型泵水力性能的影響，並據此進行了微型泵最佳化設計；綜合微型泵水力設計最佳化與液體動壓懸浮支撐特性的研究，以兼顧微型泵的水力性能、流道內壓力脈動與轉子懸浮支撐能力為目標，總結出一套提高動壓懸浮式微型泵運行穩定性的初步設計指導原則。項目獲得授權或申請的發明專利4項，發表論文27篇（其中SCI檢索9篇）。通過項目研究，培養博士生4名、碩士生2名。