水力懸浮微型泵的理論設(shè)計(jì)與系統(tǒng)研制.pdf

1、隨著電子器件向高功率、高集成化的方向發(fā)展，主動(dòng)液冷系統(tǒng)由于其熱流密度大、調(diào)控靈活、熱傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在電子器件冷卻領(lǐng)域有著愈加廣泛的應(yīng)用。微型泵是主動(dòng)液冷系統(tǒng)的核心驅(qū)動(dòng)部件，決定著主動(dòng)液冷系統(tǒng)的運(yùn)行性能和可靠性。本論文旨在面向板級(jí)液冷系統(tǒng)研發(fā)一種高功率密度、高可靠性的機(jī)械式離心微型泵，對(duì)微型尺寸水力部件展開了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并開發(fā)了一套高轉(zhuǎn)速水力懸浮軸系，取得的主要成果如下：
　　1）基于速度系數(shù)法和部分流泵理論設(shè)計(jì)了微型離心泵的水

2、力部件，達(dá)到流量2L/min，揚(yáng)程超過90kPa，轉(zhuǎn)速22000RPM。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法（CFD）和實(shí)驗(yàn)手段分析得出，微尺寸下開式葉輪的水力表現(xiàn)顯著優(yōu)于閉式葉輪，確立了開式葉輪的選型方案。進(jìn)一步利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化算法的方案對(duì)開式葉輪模型進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將揚(yáng)程和水力效率分別提升了20％，6%。
　　2）提出了水力懸浮軸系結(jié)構(gòu)，包括水力止推軸承和水力徑向軸承，并建立了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。利用Muijderman理論設(shè)計(jì)

3、了承載力達(dá)到2.15N的螺旋槽水力止推軸承。其次，利用有限單元法（FEM）精確求解水力止推軸承的水力模型，得出了軸承的壓力分布，進(jìn)而求解了水力軸承的止推性能。對(duì)徑向水力軸承進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)和數(shù)值求解。分析了安裝精度和軸系偏轉(zhuǎn)對(duì)承載特性的影響。
　　3）加工了MT1、MT2兩型微型離心泵工程樣機(jī)。MT1長(zhǎng)69mm，質(zhì)量150g，標(biāo)況流量2L/min，揚(yáng)程90kPa。MT2高25mm，質(zhì)量60g，標(biāo)況流量1L/min，揚(yáng)程45kPa，功

4、率密度達(dá)到了86kW/m3。搭建了微型泵水力性能測(cè)試臺(tái)架，驗(yàn)證了微型泵樣機(jī)的水力性能。搭建了水力止推軸承測(cè)試臺(tái)架，測(cè)試了水力止推軸承樣件不同工況下的止推力，并驗(yàn)證了FEM計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。搭建了軸系懸浮性能測(cè)試臺(tái)架，測(cè)量出轉(zhuǎn)子懸浮的啟動(dòng)時(shí)間為600ms，懸浮高度為48μm±5。考察了溫度和轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)子懸浮的影響。
　　4）集成微型泵搭建了一臺(tái)主動(dòng)液冷系統(tǒng)，將熱流密度達(dá)到q=120W/cm2的熱源熱端溫度控制為60℃，并測(cè)試不同熱負(fù)荷