压电泵因精密控制、无电磁干扰的优点在泵领域内脱颖而出,无阀压电泵不但包括这些优点,同时因结构简单、无阀体和泵体之间的磨损和造价低等独特的特点在压电泵领域中备受欢迎,在航空航天、精密机械润滑和农田滴灌等领域具有巨大的应用价值。然而无阀压电泵存在的回流现象限制了其输出性能,使其在实际应用中受到了部分的维度限制;为了缓解无阀压电泵回流的不足,通过在泵腔内部设置合适的结构进而减小正向流入泵腔液体的压强损失,增大反向流入泵腔液体的压强损失,使正反向液体形成压强差,进而提升无阀压电泵的输出性能,达到拓宽无阀压电泵使用领域的目标。本文将从以下四点主要方面进行了研究:(1)利用液体在吸入行程和排出行程中产生不同的压强损失,提出了一种在泵腔设置圆顶复合结构的无阀压电泵,在分析压电振子基本振动模态的基础上,选取了合理的模态振型,并通过分析压电泵的驱动器,确定了直径(37)35 mm圆形压电振子作为驱动元件,为压电泵的试验分析打下了基础。(2)建立压电振子的振动模型,从理论上推导了压电振子的最大振动变形量,分析了圆顶复合结构各个元素对液体流动造成的压强损失,并从理论上得到了无阀压电泵输出流量的推导公式,为无阀压电泵的设计提供了指导作用。(3)利用ANSYS CFX仿真软件分析了液体在泵腔内部产生的流速曲线和压强损失。经过仿真可得,液体在不同尺寸的圆顶结构、梯形单侧角度和圆角导流结构下会产生不同的流动速度和压强损失,当圆顶结构尺寸为6 mm、梯形单侧角度为5°和圆角导流结构为6 mm时,正反向压强损失之和达到最低94.17 Pa,当圆顶结构为8 mm时,正反向压强损失之和为94.62 Pa,为下面压电泵的试验提供了有效的参考价值。(4)根据设计方案制作了不同圆顶结构、梯形单侧角度和圆角导流结构参数的无阀压电泵,并搭建了实验平台进行试验测试。试验结果显示:当圆顶结构8 mm、梯形单侧角度5°和圆角导流结构6 mm时,无阀压电泵的最大输出流量为220.6 ml/min,最大输出压力达到670 Pa,此参数下的压电泵压强损失达到最低状态,输出性能达到最佳,试验结果与仿真结果基本吻合;在结构稳定性测试中,此参数下的泵输出流量方差达到80.7,完全达到了试验的要求,验证了结构的可靠性。