压电风扇结构设计与参数影响研究

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1、2016年9月北京航空航天大学学报September2016第42卷第9期JournalofBeiji“gUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No·9http：／／bhxb。buaa．edu．cnjbuaa@buaa。edu．CRDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0567压电风扇结构设计与参数影响研究孔岳，李敏+，辛庆利(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京t00083)摘要：压电风扇主要包括由压电材料制作的驱动器和振动薄片，驱动器激励振动薄片振动进而产生气流流动，是一种新型的散热装置

2、。研究多种参数对压电风扇性能的影响，为压电风扇的设计提供指导性的意见和建议。使用计算流体方法，模拟压电风扇流场的发展过程，研究了压电风扇振动薄片的振型、双振动薄片的排布形式以及在每种排布形式下两振动薄片振动相位差等因素对出口风速的影响。得到以下结论：驱动器的激振频率应等于振动薄片的一阶固有频率；双振动薄片模型，两振动薄片的最佳振动相位差分别是1r(纵向布置)和0．8叮T(横向布置)。通过分析流场发展过程，给出了参数影响的成因。关键词：压电风扇；风速；数值模拟；动网格；参数影响中图分类号：0347文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)09-1977-09当今

3、社会，电子技术飞速发展，各种电子设备的性能不断提高。性能的提高带来了功率和发热量的增长。过多的热量积聚在电子元件上，轻则使其效能降低，重则对电子元件造成损伤。因此，为电子设备配置有效的散热装置至关重要。传统的散热装置主要是旋转式风扇。随着散热需求的提高，增大扇叶面积和提高转速可以提高旋转式风扇的散热效率。然而随着扇叶面积的增大，风扇体积会相应增加；而提高转速则会大大提高风扇的噪声水平。作为一种可能的替代方案，压电风扇也可以用作电子设备的散热装置使用。利用压电材料的压电特性，将压电材料制作成驱动器，让驱动器与振动薄片紧密结合。当通以交流电时，驱动器对振动薄片产生周期性激励，

4、振动薄片振动带动周围空气流动进而带走多余的热量。相对于传统的旋转式风扇，压电风扇的噪声水平更低，外形尺寸根据需要可以灵活选取。此外压电风扇还具有寿命长和功耗低等优点。许多学者已就压电风扇问题进行了多方面的研究。Toda⋯从实验和理论两方面研究了压电风扇产生的流场，得出了流量与各个参数之间的关系。Kim等口1通过实验，使用粒子图像测速仪(PIV)研究了悬臂板以其一阶固有频率振动时诱导的流场，同时将理论推导出的流场漩涡特性与实验结果进行对比。Kimber等”圳通过红外照相机观察压电风扇的散热效果，并研究了振动薄片与流场之间的耦合作用。Yoo等”1通过实验研究振动薄片的材料和尺

5、寸对压电风扇散热效果的影响。给出了在一定的情况下，压电风扇最优的制作材料和尺寸。Wu和Ro旧1用有限元方法分析了实验中所使用的振动薄片的固有频率，进而用流动显示实验研究了热源与振动薄片的距离等因素对流场发展以及散热效率的影响。Florio和Harnoy"o用数值模拟的方法，研究了包括压电风扇在内的多种散热方式相结合产生的散热效率。Ackalin等。8驯同时使用实验和数值模拟的方法，研究了多种参数对压电风扇散热效率的影响。还将制作的压电风扇原型装入笔记本电脑。通过测收稿日期：2015-09-02；录用日期：2015-09-30；网络出版时间：2015．11．1910：32网

6、络出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11，2625．V．20151119．1032．009．html女通讯作者：Tel．：010—82338967E—mail：limin@buaa．edu．cnif用格式：孔岳，李敏，辛庆利．压电风扇结构设计与参数影响研究rJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f9)：1977—1985．KONGY，LIM，XINQL．Structuredesignofpiezoelectricfansandresearchollinfluenceofparameters【j]．JournalofBeijingU-niver

7、sityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(9)：1977—1985(inChinese)．1978北京航空航天大，亨√；：报量温度验证了压电风扇的散热效果。Schmidt[Io】研究了双振动薄片组成的压电风扇的质量传导特性。另外，贾丽杰‘⋯、Qureshi‘123和朱熹育‘⋯等对压电驱动器原理以及相关的控制问题等进行了多方面的研究。本文的研究目的，即选择几种提高压电风扇性能的可能方案，探究相关因素对压电风扇性能的影响规律并分析其原因，为压电风扇的设计提供指导性的意见和建议。本文主要研究了