Разработка и экспериментальное исследование нового высокоэффективного диафрагменного гидродиода

Разработан и экспериментально исследован высокоэффективный диафрагменный гидродиод с асимметричной конфигурацией пластин, обеспечивающий стабильно высокую диодность в широком диапазоне перепада давления ?p. Методика исследования включала в себя теоретическое обоснование использования асимметрии пластин разной длины, изготовление опытного образца методом 3D-печати и всесторонние испытания на специализированном гидравлическом стенде с водой в качестве рабочей жидкости. Подтверждена высокая эффективность предложенной конструкции. Установлено, что средняя диодность разработанного гидродиода варьируется в диапазоне 2,026 (Δp = 10 кПа) до 1,824 (при Δp = 50 кПа), что на 20…40 % превышает характеристики традиционных симметричных аналогов. Погрешность измерений расхода не превышала 1,5 %, а статистический анализ подтвердил достоверность результатов. Практическая ценность работы заключается в возможности применения разработанного гидродиода в микрофлюидике, медицинской технике, системах охлаждения электроники и других областях, где требуются компактные и эффективные средства пассивного управления потоком.
EDN: QURLDN, https://elibrary/qurldn

Литература

[1] Сокирко К.Н., Павлюченко Е.А., Лысенко Е.А. Повышение эффективности автомобильного транспорта за счет использования гидродиодов в гидравлических системах с учетом кавитационных явлений. Вестник СибАДИ, 2024, т. 21, № 4, с. 562–579, doi: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-4-562-579

[2] Jun H., Lei Zoua, Lib Z. et al. Development and performance comparison of valveless piezoelectric pumps with asymmetrical channels. Sens. Actuators A: Phys., 2020, vol. 314, art. 112241, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112241

[3] Yang Z., Dong L., Wang M. et al. Controllable synthesis of silver nanoparticles using a multi-stage microfluidic reactor driven by two valveless piezoelectric pumps. Sens. Actuators A: Phys., 2022, vol. 346, art. 113871, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113871

[4] Mohammadzadeh K., Kolahdouz E.M., Shirani E. et al. Numerical study on the performance of Tesla type microvalve in a valveless micropump in the range of low frequencies. J. Micro-Bio Robot., 2013, vol. 8, no. 3–4, pp. 145–159, doi: https://doi.org/10.1007/s12213-013-0069-1

[5] Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко В.С. Элементы струйной автоматики. Москва, Машиностроение, 1973. 359 с.

[6] Chung C.K. Plasma etching. In: Encyclopedia of microfluidics and nanofluidics. Springer, 2014, pp. 1–18, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-27758-0_1251-5

[7] Letham D.L. Fluidic system design. In: Mashing design. ?Penton, 1966, pp. 210–218.

[8] Pavlyuchenko E.A., Grigoriev A.V., Kaigorodov S.Y. et al. Aspects of the numerical simulation of high-diode vortex hydrodiodes. Chem. Petrol. Eng., 2023, vol. 59, no. 3–4, pp. 340–346, doi: https://doi.org/10.1007/s10556-023-01247-9

[9] Pandare A., Ranade V.V. Flow in vortex diodes. Chem. Eng. Res. Des., 2015, vol. 102, pp. 274–285, doi: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.05.028

[10] Sarvothaman V.P., Kulkarni S.R., Subburaj J. et al. Evaluating performance of vortex-diode based hydrodynamic cavitation device scale and pressure drop using coumarin dosimetry. Chem. Eng. J., 2024, vol. 481, art. 148593, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148593

[11] Nguyen Q.M. Emergent flows, irreversibility and unsteady effects in asymmetric and looped geometries. arXiv:2104.00278, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2104.00278

[12] Nguyen Q.M., Huang D., Zauderer E. et al. Tesla’s fluidic diode and the electronic-hydraulic analogy. arXiv:2103.14813, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2103.14813

[13] Khabarova D.F., Podzerko A.V., Spiridonov E.K. Experimental investigation of fluidic diodes. Procedia Eng., 2017, vol. 206, pp. 93–98, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.443

[14] Shcherba V.E., Kaigorodov S.Y., Dorofeev E. et al. Development and research of diaphragm hydrolic diode for positive displacement pumps. Mech. Based Des. Struct. Mach., 2025, vol. 53, no. 1, pp. 702–721, doi: https://doi.org/10.1080/15397734.2024.2374452

[15] Kaigorodov S.Y. Influence of the design parameters of a hydraulic diode on its performance. Russ. Engin. Res., 2019, vol. 39, no. 3, pp. 220–221, doi: https://doi.org/10.3103/S1068798X19030122

[16] Леонович И.А., Адинцов Д.Д. Исследование свойств ABS-пластика в образцах, полученных по технологии FFF-печати. Вестник Белорусско-Российского университета, 2023, № 1, с. 13–21, doi: https://doi.org/10.53078/20778481_2023_1_13

[17] Gryazin D., Belova O. The method for estimating the dynamic error of sensors and modules under their operating conditions and its application. RusAutoCon, 2022, pp. 777–781, doi: https://doi.org/10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896370

[18] Berezina S., Zinin P.V., Schneider D. et al. Combining Brillouin spectroscopy and laser-SAW technique for elastic property characterization of thick DLC films. Ultrasonics, 2004, vol. 43, no. 2, pp. 87–93, https://doi.org/10.1016/j.ultras.2004.03.006

[19] Житников В.П., Заико Н.А. Комплексный подход к оценке погрешностей в задаче численного анализа данных натурного эксперимента. Вестник УГАТУ, 2009, № 2, с. 233–239.

[20] Мухачев В.А. Оценка погрешностей измерений. Томск, ТУСУР, 2012. 24 с.