Журналов:     Статей:        

Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2015; : 12-25

Методы расчета подачи перистальтического насоса линейного типа

Шейпак А. А., Гришин А. И., Чичерюкин В. Н.

Аннотация

В работе исследуется насос перистальтического принципа действия, в котором сжатие упругого рабочего органа осуществляется при помощи толкателей в одном и том же месте в поперечном направлении. Рассмотрено два возможных режима работы насоса, которые отличаются алгоритмом срабатывания толкателей. При работе насоса в одном режиме упругий рабочий орган насос сжимается толкателями так, что канал насоса в любой момент времени полностью сжат одним из толкателей и подача зависит от геометрических параметров насоса и частоты срабатывания толкателей. Другой режим отличается тем, что есть промежутки времени, когда упругий рабочий орган не сжат ни одним толкателем. В этом случае подача насоса зависит также и от перепада давления. Для первого режима работы насоса получено аналитическое решение, в то время как для другого режима применялось двухмерное численное моделирование при помощи универсального программного пакета для решения задач гидродинамики Star-CCM+, в котором уравнения количества движения и уравнение неразрывности решаются методом контрольного объема. Для проверки точности полученных решений была использована экспериментальная установка, в которой упругий рабочий орган представляет собой пластиковая трубку, а в качестве толкателей используются три стальные пластины, приводимые в движение при помощи электромагнитов. Сравнение результатов расчетов с полученными экспериментальными данными показало, что для первого режима работы насоса предложенное аналитическое решение имеет очень хорошее совпадение с экспериментальными данными при условии, что площадь поперечного сечения сжатой трубки определено с достаточной точностью. Для точного определения площади поперечного сечения трубки был использован программный пакет SolidWorks Simulation. В сравнении с точным решением, значение площади поперечного сечения трубки, рассчитанное приближенно, вносит погрешность 10 %. Сравнение результатов экспериментов с результатами численного двухмерного моделирование для второго режима работы насоса показало, что двухмерная численная модель описывает течение в насосе с точностью, достаточной для предварительных расчетов насоса.
Список литературы

1. Михеев А.Ю. Исследование характеристики и повышение надежности насосов перистальтического принципа действия: дис. … канд. техн. наук. Уфа , 2004. 168 c

2. Faraji A., Razavi M., Fatouraee N. Linear peristaltic pump device design // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 440. Advanced Materials & Sports Equipment Design. P. 199-203

3. Mermone A.V., Mazumdar J.N., Lucas S.K. A Mathematical Study of Peristaltic Transport of a Casson Fluid // Mathematical and Computer Modelling. 2002. Vol. 35, no. 7-8. P. 895-912. DOI: 10.1016/S0895-7177(02)00058-4

4. Walker S., Shelley M. Shape Optimization of Peristaltic Pumping // Journal of Computational Physics. 2010. Vol. 229, no. 4. P. 1260-1291. DOI: 10.1016/j.jcp.2009.10.030

5. Sucharitha G., Streenadh S., Lakshminarayana P. Non-linear Peristaltic Flow of Pseudoplastic Fluid in an Asymmetric Channel with porous medium // International Journal of Engineering Science and Technology. 2013. Vol. 5, no. 1. P. 106-113

6. Бондарчук Е.Н., Колбасов Е.В., Разваляев В.Н. Роторно-перистальтический насос-компрессор ДКР-1Б. Новосибирск, 1996. 13 с. (Препринт / РАН, Сиб. отд-ние. Институт теплофизики; № 276-96)

7. Кускова М.А. Гидравлические характеристики перистальтических насосов // Нефтяное хозяйство. 2008. № 1. С . 104-106

8. Shkolnikov V., Ramunas J., Santiago J.G. A self-priming, roller-free, miniature, peristaltic pump operable with a single, reciprocating actuator // Sensors and Actuators A: Physical. 2010. Vol. 160, no. 1-2. P. 141-146. DOI: 10.1016/j.sna.2010.04.018

9. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation . М .: ДМК Пресс , 2010. 464 с

10. Харламов С.Н. Алгоритмы при моделировании гидродинамических процессов. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 80 с

11. Butcher J.C. Numerical Methods for Ordinary Differential Equations. England: John Wiley & Sons, Ltd., 2008. 482 p

Machines and Plants: Design and Exploiting. 2015; : 12-25

Методы расчета подачи перистальтического насоса линейного типа

, ,

Abstract

В работе исследуется насос перистальтического принципа действия, в котором сжатие упругого рабочего органа осуществляется при помощи толкателей в одном и том же месте в поперечном направлении. Рассмотрено два возможных режима работы насоса, которые отличаются алгоритмом срабатывания толкателей. При работе насоса в одном режиме упругий рабочий орган насос сжимается толкателями так, что канал насоса в любой момент времени полностью сжат одним из толкателей и подача зависит от геометрических параметров насоса и частоты срабатывания толкателей. Другой режим отличается тем, что есть промежутки времени, когда упругий рабочий орган не сжат ни одним толкателем. В этом случае подача насоса зависит также и от перепада давления. Для первого режима работы насоса получено аналитическое решение, в то время как для другого режима применялось двухмерное численное моделирование при помощи универсального программного пакета для решения задач гидродинамики Star-CCM+, в котором уравнения количества движения и уравнение неразрывности решаются методом контрольного объема. Для проверки точности полученных решений была использована экспериментальная установка, в которой упругий рабочий орган представляет собой пластиковая трубку, а в качестве толкателей используются три стальные пластины, приводимые в движение при помощи электромагнитов. Сравнение результатов расчетов с полученными экспериментальными данными показало, что для первого режима работы насоса предложенное аналитическое решение имеет очень хорошее совпадение с экспериментальными данными при условии, что площадь поперечного сечения сжатой трубки определено с достаточной точностью. Для точного определения площади поперечного сечения трубки был использован программный пакет SolidWorks Simulation. В сравнении с точным решением, значение площади поперечного сечения трубки, рассчитанное приближенно, вносит погрешность 10 %. Сравнение результатов экспериментов с результатами численного двухмерного моделирование для второго режима работы насоса показало, что двухмерная численная модель описывает течение в насосе с точностью, достаточной для предварительных расчетов насоса.
References

1. Mikheev A.Yu. Issledovanie kharakteristiki i povyshenie nadezhnosti nasosov peristal'ticheskogo printsipa deistviya: dis. … kand. tekhn. nauk. Ufa , 2004. 168 c

2. Faraji A., Razavi M., Fatouraee N. Linear peristaltic pump device design // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 440. Advanced Materials & Sports Equipment Design. P. 199-203

3. Mermone A.V., Mazumdar J.N., Lucas S.K. A Mathematical Study of Peristaltic Transport of a Casson Fluid // Mathematical and Computer Modelling. 2002. Vol. 35, no. 7-8. P. 895-912. DOI: 10.1016/S0895-7177(02)00058-4

4. Walker S., Shelley M. Shape Optimization of Peristaltic Pumping // Journal of Computational Physics. 2010. Vol. 229, no. 4. P. 1260-1291. DOI: 10.1016/j.jcp.2009.10.030

5. Sucharitha G., Streenadh S., Lakshminarayana P. Non-linear Peristaltic Flow of Pseudoplastic Fluid in an Asymmetric Channel with porous medium // International Journal of Engineering Science and Technology. 2013. Vol. 5, no. 1. P. 106-113

6. Bondarchuk E.N., Kolbasov E.V., Razvalyaev V.N. Rotorno-peristal'ticheskii nasos-kompressor DKR-1B. Novosibirsk, 1996. 13 s. (Preprint / RAN, Sib. otd-nie. Institut teplofiziki; № 276-96)

7. Kuskova M.A. Gidravlicheskie kharakteristiki peristal'ticheskikh nasosov // Neftyanoe khozyaistvo. 2008. № 1. S . 104-106

8. Shkolnikov V., Ramunas J., Santiago J.G. A self-priming, roller-free, miniature, peristaltic pump operable with a single, reciprocating actuator // Sensors and Actuators A: Physical. 2010. Vol. 160, no. 1-2. P. 141-146. DOI: 10.1016/j.sna.2010.04.018

9. Alyamovskii A.A. Inzhenernye raschety v SolidWorks Simulation . M .: DMK Press , 2010. 464 s

10. Kharlamov S.N. Algoritmy pri modelirovanii gidrodinamicheskikh protsessov. Tomsk: Izd-vo TPU, 2008. 80 s

11. Butcher J.C. Numerical Methods for Ordinary Differential Equations. England: John Wiley & Sons, Ltd., 2008. 482 p