基于OPFC驱动器的动力系统中润滑油悬浮微粒分离与监测技术

Particulates in lubricating oil can reflect the degree of mechanical wear. To deal with the difficulty of online detecting the motion vice wear in machines (1-60μm), combine with piezoelectric and ultrasonic technology, modern measurement, control technology and computing simulation technology, the micro laminar flow dynamics which actuated by standing surface acoustic wave (SSAW) are researched. The numerical model of the laminar flow field is built. The fluid structure interaction performances in micro flow channel by SSAW and the particle movement law are revealed. According to the optical design micro flow channels and OPFC actuator parameters, microscale particles concentration and separation in the second stage and Coulter counter sensor are researched. By researching deeply in micro fabrication and microscale particles separation, the microfluidic for real time health monitoring actuated by SSAW in the dynamical system are proposed innovated. It has provided the technology basis to monitor the micro fluidic particle precisely in lubrication. The project implementation can provide an new theory and relative technology achievement for lubrication quality, operating status of equipment and the degree of mechanical wear. It has some important theoretical and engineering application value.

润滑油中悬浮微粒的状况可反映机械磨损程度，针对动力系统中润滑油悬浮微粒(1-60μm损伤影响最大)对机械中的运动副磨损状况在线监测的难题，融合压电与超声技术、现代测控及计算机仿真技术，研究在声表面驻波(SSAW)激励下的微层流动力学特性，建立层流场变化规律的数值模型，揭示声表面驻波在微流通道内的流固耦合传播特性及悬浮微粒的运动规律。通过微流通道优化设计和OPFC驱动器参数匹配优化，研制微粒集中与二阶段分离操控装置及库尔特计数传感器来定量监测微粒，集成润滑油中悬浮微粒的监测系统，构建系统功能的验证平台。对微加工工艺、微粒分离技术进行深入研究，创新地提出了一种实用的可用于动力系统中SSAW激励下润滑油实时在线监测方法，为润滑油中微悬浮颗粒的精确监控研究奠定技术基础。项目的实施将为动力系统润滑油品质、设备运行状态、机械磨损程度的诊断及预报提供新的理论及相关技术成果，具有重要的理论和工程应用价值。

润滑油是机械设备的血液，主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。润滑油中微米级固体微粒最常见，是危害最大的污染物之一，对安全、使用寿命以及机械的磨损构成巨大的威胁。润滑油中的悬浮微粒累积将导致机械提前老化，发热，起火，引发灾难性事故，造成重大经济损失和人员伤亡。所以迫切需要发展将润滑油中的悬浮微粒进行去除的理论与技术，分离出润滑油中影响最大的磨损微粒。.微流控芯片是一种利用声辐射力进行粒子分离的装置，可以将其应用于机油中杂质粒子的净化。本文根据叉指换能器（IDT）的结构，结合声表面波驻波场和声辐射力的相关理论，对润滑油中的杂质粒子进行分离。研究工作主要包括：.（1）基于应力、应变与本构方程，弹性波基本理论，构建声表面波本构方程，分析了声表面波的基本特征及产生驻波的条件，分析了叉指式换能器的基本结构及工作原理，根据微尺度流动的基本特点，研究了声表面驻波场中声辐射力的产生机理；.（2）针对微流通道悬浮微粒分离装置的设计要求与构造原理，对其连续性微流动的数值模型进行了分析，得出了频率变化与粒子半径之间的关系，得出了不同参数下粒子运动轨迹；.（3）根据仿真分析结果构造了叉指式声表面波换能器，采用在压电基底上直接进行丝网印刷的形式印刷电极，采用激光加工或切割微流通道，构建了悬浮微粒操控系统平台，通过实验观测了润滑油中悬浮微粒分离的现象，并通过调节频率的改变验证了不同粒子的分离情况。

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