微流动系统作为微型机械(MEMS)领域的重要分支,是微型制冷系统不可缺少的环节。设计与微型制冷系统相匹配压力和流量的微型压气机成为微型制冷系统中的核心与重点。由于压电晶体具有响应快、能耗低、体积小以及能量效率高等优势,在冷却电子芯片温度的微型制冷系统压气机驱动器的研究上有重要的应用。本文从理论上研究压电片驱动薄膜和压电堆压气机的运行机理,比较两种驱动方式的差异。从理论、模拟以及文献实验分析电压、压电与薄膜半径比以及压电厚度与薄膜厚度对压电驱动器横向位移的影响,并通过优化参数提高压电驱动器横向位移和降低压电驱动器共振频率。在此基础上,从理论上探究压电堆压气机共振压气模型和共振压气的工作流程。即当电压频率与压电堆压气机本身共振频率一致时,探究压电堆压气机的振子位移、腔内极限气体压力和输气流量。分析质量块质量、气体压力对压电堆压气机共振频率的影响。比较共振时不同输气压力下质量块位移和气体最大压比的大小。建立压电堆压气机的工作模型,分析压电堆压气机质量块位移和腔体内气体压力随时间的变化关系,得到不同工况下共振型压电堆压气机压力-流量曲线。计算不同工况下共振压电堆压气机的制冷量。表明共振压电堆压气机能满足微型制冷的要求。论文主要研究内容如下:(1)将圆形薄板理论和压电本构方程相结合,在符合Maxwell静电场的电学方程下,分析圆形压电驱动器不同半径处的应力和力矩,得到压电驱动器位移的解析式。并将理论、模拟和文献实验结果对照,发现结果偏差不超过10%,论证理论模型可行(2)分析讨论了电压、压电与薄膜半径比以及压电层厚度和弹性层厚度对压电驱动器横向位移的影响。得出压电驱动器的横向位移与电压的线性变化关系,当压电和薄膜厚度一定时,存在最优压电与薄膜半径比,使压电驱动器位移量最大(本文最优半径比为0.75),压电层厚度和薄膜厚度均会影响压电驱动器的位移,但压电厚度还影响场强分布,故对压电驱动器横向位移影响更大。当压电厚度占总厚度0.45-0.48,压电驱动器横向位移最大(3)用特征值法计算压电驱动器的共振频率,通过理论和实验研究不同压电与弹性半径比和不同弹性膜厚度对压电驱动器的共振频率影响(4)不同于压电液体泵,考虑气体压力对压电堆压气机横向位移附加作用的前提下,建立压电堆压气机动力学模型。分析系统质量和气体压力对压电堆压气机共振频率的影响。通过理论和文献,发现系统共振频率随着气体压力增加而增大和随着质量增加而减少。保证压气结构几何尺寸和共振频率不变的前提下,质量增益/气体压差为3.3。输气压力增加后,系统共振频率随之增大,共振下质量块位移越小,最大气体压缩比越小。(5)建立压电堆压气机的工作模型,分析不同电压和不同频率下,压电堆压气机中质量块的位移和腔内气体的压力随时间的变化。得到压电堆压气机压力-流量曲线。计算不同制冷工况下制冷剂的压力和流量需求。发现共振频率下压电堆压气机能满足微型制冷系统的压力和流量要求。