微流體流動特性及其在流量傳感器中的應用.pdf

1、流量是微流體技術的一個重要參數，提取、分配、混合微流體時均需對微流體的流量進行測量，以保證操作的正確性并實現節(jié)約能源、提高效率、降低成本等目的。微流量傳感器是實現微流量測量的主要手段，開展微流體相關技術研究、設計新的微流量傳感器是現階段微流體技術的主要任務和重要內容之一。
　　本課題首先研究了動力進口段對微流體流動特性的影響。基于連續(xù)介質假設，建立了以圓形微通道為微流體流動腔體、以去離子水為流動工質的微流體流動數學模型，并對其進行

2、了數值模擬，獲得了微流體流速以及圓形微通道特征尺寸變化條件下的圓形微通道內微流體速度和壓力的分布。
　　對圓形微通道內微流體的速度和壓力分布進行了分析，結果表明動力進口段內近壁面處的微流體流速逐漸減小為零，而中心線附近的微流體流速隨著流動長度的增加而增加，導致微流體的壓力呈不均勻分布，進而影響了該段微流體的流動特性，特別是對流動阻力特性產生了影響?；趯δM結果的后處理，定性并定量地研究了圓形微通道的動力進口段長度以及動力進口段內

3、微流體發(fā)展造成的附加損失，結果表明圓形微通道的動力進口段長度遠大于經典理論預測值，動力進口段微流體發(fā)展造成的附加損失顯著增加、圓形微通道進出口壓降大于經典理論預測值，并給出了圓形微通道動力進口段長度和附加損失的計算式。
　　然后基于研究所得的圓形微通道的動力進口段長度及附加損失，設計了一種新型微流量傳感器結構。該微流量傳感器以圓形微通道為主體，在圓形微通道的充分發(fā)展段內放置兩個相同的壓電微懸臂梁，利用其正壓電效應來檢測圓形微通道允

4、分發(fā)展段內微流體流動產生的壓降，再根據圓形微通道充分發(fā)展段內兩壓電微懸臂梁所處截面間的微流體壓降與微流體流量的關系實現了對微流體流量的測量。通過對微流量傳感器輸入輸出關系的理論分析，獲得了表征微流量傳感器輸出與微流體流量關系的理論模型，并設計了該微流量傳感器的制作工藝與流程。
　　最后，利用ANSYS定性分析了壓電微懸臂梁結構參數對微流量傳感器輸出的影響，并在確定壓電微懸臂梁結構參數后對微流量傳感器靈敏度特性進行了仿真分析，給出了