Cina: prototipi di stampa 3D per pompe piezoelettriche senza valvole

Ricercatori cinesi sperimentano nuove pompe per sistemi di erogazione del flusso, prototipi di stampa 3D. Il loro studio è dettagliato per intero nel recente pubblicato ” Progettazione migliorata e analisi sperimentale della pompa piezoelettrica senza valore basata sul corpo bluff del segmento di emisfero “.

Oggi i dispositivi piezoelettrici sono spesso collegati alla stampa 3D, dalla creazione di nuovi materiali alla sperimentazione di nuove tecniche di bioprinting , alla fabbricazione di sensori ; tuttavia, in questo studio, gli autori creano un modello per una pompa senza valvole in grado di erogare fluidi in base agli effetti inversi di un vibratore piezoelettrico.

Precedenti studi hanno portato a progetti senza valore, ma in questo lavoro gli scienziati hanno cercato di migliorare ulteriormente le prestazioni del flusso, modificando l’angolo di divisione del corpo bluff del segmento di emisfero (HSBB). I prototipi stampati in 3D hanno permesso ai ricercatori di testare le pompe e analizzare la fluidodinamica computazionale, con il processo di lavoro suddiviso in quattro fasi:

Il processo di assorbimento: quando il vibratore sale, aumentando il volume della camera, il tubo sinistro assorbe il volume di fluido aggiunto.
Il vibratore si abbassa e il volume della camera diminuisce.
Il tubo destro scarica più volume del fluido rispetto a quello sinistro.
La “vibrazione alternata” provoca l’erogazione unidirezionale di liquidi nella camera.

Struttura di pompe piezoelettriche senza valvole migliorate con HSBB con diversi angoli di divisione: (a) struttura assemblata, (b) parametri geometrici di HSBB

Processo di lavoro delle pompe piezoelettriche senza valvole: (a) posizione orizzontale in posizione massima superiore, (b) posizione massima in alto in posizione orizzontale, (c) posizione orizzontale in posizione massima inferiore, (d) posizione massima in basso in posizione orizzontale

“Nel processo di moto alternativo del vibratore, l’equazione della superficie paraboloide viene utilizzata per simulare la deformazione del vibratore per un comodo calcolo poiché la superficie di deformazione della vibrazione del primo ordine è simile al paraboloide della rivoluzione”, spiegano i ricercatori.

“Supponiamo che lo stato iniziale del vibratore piezoelettrico sia in posizione orizzontale quando t = 0 e inizi a muoversi verso l’alto. L’ampiezza delle vibrazioni in ciascun punto del vibratore piezoelettrico rimane invariante. “

Struttura del vibratore piezoelettrico

Le prestazioni del flusso dipendono in definitiva dalla differenza tra le direzioni positive e negative nella resistenza al flusso.

“Le resistenze del corpo bluff nel campo del flusso includono la resistenza alla finzione e alla forma. La resistenza della forma gioca un ruolo dominante nella pompa piezoelettrica a causa del comune stato del flusso laminare nella camera ”, affermano i ricercatori.

Sono stati costruiti modelli di simulazione e il team di ricerca ha calcolato la velocità e la pressione del flusso.

Pompa piezoelettrica senza valvole con HBSS con angoli di divisione di 180 gradi: (a) corpo pompa, (b) prototipo assemblato

“Per tutte le pompe con HSBB con diversi angoli di divisione, il vortice dei flussi positivi tra HSBB è maggiore di quello dei flussi negativi e la velocità dei flussi positivi sull’uscita è ovviamente maggiore di quella dei flussi negativi sull’uscita. Inoltre, la differenza di velocità tra flussi positivi e flussi negativi sull’uscita aumenta prima e poi diminuisce, suggerendo che il corretto ingrandimento dell’angolo di divisione può facilitare il flusso unidirezionale. Inoltre, per tutte le pompe con HSBB di diversi angoli di divisione, la differenza di pressione tra l’ingresso e l’uscita dei flussi positivi è inferiore a quella dei flussi negativi “, hanno spiegato gli autori.

“I risultati della simulazione e dell’esperimento sulla resistenza al flusso di diverse pompe suggeriscono che la pompa piezoelettrica senza valvole con HSBB con angolo di divisione di 210 ° mostra le migliori prestazioni di trasporto del flusso, che è un candidato promettente per varie applicazioni di erogazione del flusso.”

Diagramma schematico del test sperimentale della resistenza di flusso: 1 contenitore, 2 pompe di prova, 3 interruttore di raccolta, 4 bilance elettroniche

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