ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УСТРОЙСТВ ОХЛАЖДЕНИЯ

  • Е.С. Алексюнин Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Пьезокерамический биморф, конечно-элементная модель, устройства охлаждения, актюатор

Аннотация

Развитие современных систем подачи воздуха для охлаждения технических систем требует новых подходов, в которых приборостроение использует пьезокерамические тех-нологии. При этом необходимо провести исследования как на уровне подбора новых пер-спективных пьезоматериалов, что и было сделано в работе, так и новых типов компонов-ки устройства с точки зрения конструкции. Традиционно используемые системы охлажде-ния имеют вращающиеся части, создают дополнительный акустический шум. Этих не-достатков лишены устройства подачи воздуха, использующие пьезокерамические компо-ненты. Статья содержит материалы о разработке современных устройств охлаждения, основанных на использовании пьезокерамических пластин. Проведён анализ процессов, про-исходящих в воздушной среде в соответствии с современными представлениями о теории вещества. Приведены различные варианты проектирования такого рода устройств. Рас-смотрен процесс проектирования от математического моделирования до воплощения в макетах. Моделированию были подвергнуты как сами пьезокерамические устройства, так и процессы распределения потоков в воздушной среде. В процессе моделирования исследо-ваны наиболее простые в изготовлении и надёжные в эксплуатации конструкции. Все рас-смотренные варианты относятся к пьезоэлектрическому биморфному типу, и являются пьезоэлектрическими актюаторами, преобразующими электрические сигналы в механиче-ские усилия. Приводятся различные схемы компоновки таких колебательных систем, де-монстрируются варианты их математического моделирования, конечно-элементные мо-дели воздушной среды, амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики мо-делируемых макетов. Проводится сравнительный анализ изделий, их электрофизических характеристик, исходя из перспектив дальнейшего применения. Для исследований применя-лись различные пьезокерамические материалы, как традиционные, так и новые перспек-тивные материалы. Ряд изделий представлен в размерах с детальным описанием, приведе-ны их сравнительные характеристики. В заключении сделаны выводы о перспективных вариантах дальнейшего проектирования таких устройств и направлениях исследования.

Литература

1. Prandtl' L. Gidroaeromekhanika [Hydroaeromechanics]. Izhevsk: NITS «Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika», 2000, 576 p.
2. Mataushek I. Ul'trazvukovaya tekhnika: monografiya [Ultrasonic technology: monograph]. Moscow: Metallurgizdat, 1962, 278 p.
3. Gershgal D.A., Fridman V.M. Ul'trazvukovaya tekhnologicheskaya apparatura [Ultrasonic technological equipment]. 3 rd ed. Moscow: Energiya, 1976, 320 p.
4. Kharkevich A.A. Teoriya elektroakusticheskikh preobrazovateley. Volnovye protsessy: mo-nografiya [The theory of electroacoustic transducers. Wave processes: monography]. Moscow: Nauka, 1973, 398 p.
5. Kanevskiy I.N. Fokusirovanie zvukovykh i ul'trazvukovykh voln: monografiya [Focusing sound and ultrasonic waves: monograph]. Moscow: Nauka, 1977, 336 p.
6. Mezon U. Fizicheskaya akustika: monografiya [Physical acoustics: monograph]. Moscow: Mir, 1966, 592 p.
7. Sil'vester P., Ferrari R. Metod konechnykh elementov dlya radioinzhenerov i inzhenerov-elektrikov [Finite element method for radio engineers and electrical engineers]. Moscow: Mir, 1986, 229 p.
8. Gallager R. Metod konechnykh elementov. Osnovy [Finite element method. The basics: transl. from engl. Mщысщц: Mir, 1984б 428 з.
9. Vatulian A.O., Kublikov V.L. Boundary element method in electroelasticity, Boundary Elem. Commun., 1995, Vol. 6, pp. 59-61.
10. Kaplun A.B., Morozov E.M., Olfer'eva M.A. ANSYS v rukakh inzhenera. Prakticheskoe rukovodstvo [ANSYS in the hands of an engineer. Practical guide]. Moscow: URSS, 2003, 269 p.
11. Basov K.A. ANSYS v primerakh i zadachakh [ANSYS in examples and problems], under the general ed. of Kraskovskogo D.G. Moscow: Komp'yuterPress, 2002, 224 p.
12. Mit'ko V.N., Kramarov Yu.A., Panich A.A. Matematicheskoe modelirovanie fizicheskikh protsessov v p'ezoelektricheskom priborostroenii: monografiya [Mathematical modeling of physical processes in piezoelectric instrumentation: monograph]. Rostov-on-Don: YuFU, 2009, 168 p.
13. Panich A.A., Marakhovskiy M.A., Motin D.V. Kristallicheskie i keramicheskie p'ezoelektriki [Crystal and ceramic piezoelectrics], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2011, No. 1. Available at: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/325 (dostup svobodnyy).
14. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613572 «Sistema upravleniya izmereniyami i rascheta parametrov Hioki ZKeff (koeffitsient elektromekhanicheskoy svyazi) Hioki ZKeff v. 1.0» 06.05.2011 [Certificate of state registration of computer programs No. 2011613572 "hioki ZKeff measurement control and parameter calculation System (Electro-mechanical coupling coefficient) Hioki ZKeff V. 1.0" 06.05.2011].
15. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613567 [Certificate of state registration of computer programs No. 2011613567].
16. «Sistema upravleniya izmereniyami i rascheta parametrov Hioki V (reaktivnaya sostavlyayushchaya provodimosti p'ezoelementa) Hioki V v. 1.0» 06.05.2011 ["Hioki meas-urement control and parameter calculation system in (reactive component of piezoelectric ele-ment conductivity) Hioki in V. 1.0" 06.05.2011].
17. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613570 «Sistema upravleniya izmereniyami i rascheta parametrov Hioki Y (polnaya provodimost' p'ezoelementa) Hioki Y v. 1.0» 06.05.2011 [Certificate of state registration of computer pro-grams No. 2011613570 "hioki Y measurement control and parameter calculation System (full piezoelectric conductivity) Hioki Y V. 1.0" 06.05.2011].
18. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613569 «Sistema analiza dannykh i upravleniya izmereniyami Hioki Manager» «Hioki Manager v. 1.0» 06.05.2011 [Certifi-cate of state registration of computer programs No. 2011613569 "Hioki Manager data analysis and measurement management System" "Hioki Manager V. 1.0" 06.05.2011].
19. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613568 «Sistema upravleniya izmereniyami i rascheta parametrov Hioki G (aktivnaya sostavlyayushchaya provodimosti p'ezoelementa) Hioki G v. 1.0» 06.05.2011 [Certificate of state registration of computer programs No. 2011613568 "hioki G measurement control and parameter calculation System (active component of piezoelectric element conductivity) Hioki G V. 1.0" 06.05.2011].
20. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programm dlya EVM №2011613571 «Sistema upravleniya izmereniyami i rascheta parametrov Hioki ZC (polnoe soprotivlenie i emkost' p'ezoelementa) Hioki ZC v. 1.0» 06.05.2011 [Certificate of state registration of computer pro-grams No. 2011613571 "hioki ZC measurement control and parameter calculation System (to-tal resistance and piezoelectric element capacity) Hioki ZC V. 1.0" 06.05.2011].
Опубликован
2020-10-11
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ