О точности дозатора жидкости щелевого типа с волнообразующими поверхностями

Аннотация

Устройство применяется в качестве исполнительного элемента систем биомедицинского назначения и может использоваться в качестве прецизионного дозатора жидкости. Дозатор представляет собой плоскую щелевую камеру с волнообразующими поверхностями. В отличие от обычных устройств перистальтического типа с рабочим органом на основе эластичного шланга рассматриваемое устройство не имеет существенных ограничений на величину выходных давлений и не загрязняет транспортируемую жидкость.

В работе рассматривается течение несжимаемой жидкости в плоской щели бесконечной ширины. Анализируются два случая создания волнообразующего движения в рабочем зазоре: движение в виде бегущей волны и движение в виде колебаний, модулированных бегущей волной. В последнем случае удается независимо от требуемой частоты бегущей волны реализовать сравнительно большие резонансные колебания элементов пьезоактивного преобразователя. Это, в свою очередь, позволяет на достаточно высокой резонансной частоте получить малогабаритную конструкцию пьезоактивного преобразователя, в рабочем зазоре которого происходит продольное движение как волн резонансной вибрации, так и соответствующих им перепадов давлений.

Для описания движения жидкой среды использовано уравнение Рейнольдса, решение которого относительно давления доведено до аналитических выражений или квадратур. В частности, определен расход и перепад давлений на рабочей длине в явном виде. Показано увеличение давлений и расхода в тонких слоях несжимаемой жидкости с ростом амплитуды и частоты волновых движений. Отмечается, что величины генерируемых таким образом перепадов давлений и расходов в слоях с модулированными бегущей волной колебаниями несколько меньше, чем в слоях с бегущей волной. Данные результаты являются оценкой сверху и могут быть существенно меньше при появлении кавитации в жидкости.

Полученные в работе аналитические результаты позволили также рассмотреть вопросы обеспечения точности работы дозатора в различных режимах его эксплуатации. Получены аналитические выражения для погрешностей, показано, что наибольшая точность дозирования достигается при транспортировке жидкости из сосуда в сосуд с одинаковыми давлениями или в случае перекрытия зазора гребнями бегущей волны.