三通全擴(kuò)散-收縮管雙腔雙振子無閥壓電泵性能研究.pdf

1、在微流控系統(tǒng)中，微泵(Micropump)是驅(qū)動(dòng)流體克服阻力產(chǎn)生流動(dòng)的執(zhí)行器件，是實(shí)現(xiàn)微流控系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ)，微泵的性能好壞直接影響到微流控分析系統(tǒng)的整體性能，也是決定微流控技術(shù)發(fā)展水平的關(guān)鍵因素。
　　 無閥壓電泵利用特殊流管正反向流阻性能不同的特性，實(shí)現(xiàn)流體的定向輸運(yùn)。由于其沒有閥體結(jié)構(gòu)，因而相比于有閥壓電泵響應(yīng)更快，壽命更長，結(jié)構(gòu)更簡單，易于加工以及集成化，且可以輸送高分子結(jié)構(gòu)的細(xì)胞介質(zhì)。在航空航天、芯片冷卻、醫(yī)療器械、生

2、物基因工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 針對傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管無閥壓電泵輸出流量較低，輸出壓力不高的缺點(diǎn)，本文具體展開的工作主要有以下幾個(gè)方面：
　　 1.通過數(shù)值模擬方法，對三通全擴(kuò)散/收縮管進(jìn)行了壓力正交優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了三通全擴(kuò)散/收縮管的最佳結(jié)構(gòu)，并將其流阻性能與傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了三通微流管的流阻性能優(yōu)于傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管。然后將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對比，證實(shí)了數(shù)值模擬的可行性。
　　 2.

3、采用流固耦合的數(shù)值模擬方法，對三通全擴(kuò)散/收縮管無閥微泵進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并將結(jié)果與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對比驗(yàn)證。當(dāng)激勵(lì)電壓幅值為100Vp-p時(shí)，在50Hz到175Hz范圍內(nèi)，微泵的流量隨著頻率的增加而增加，數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的最大誤差為12％。當(dāng)頻率為100Hz時(shí)，微泵流量隨著電壓的線性增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好的驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可行性。
　　 3.針對無閥微泵相對有閥微泵流量低，輸出壓力低的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)并研究了基于三通全擴(kuò)散/收縮管的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和

4、并聯(lián)結(jié)構(gòu)無閥壓電泵。通過數(shù)值模擬方法，分析了兩種結(jié)構(gòu)微泵流量隨著振子振動(dòng)相位差對流量的變化，結(jié)果表明串聯(lián)結(jié)構(gòu)微泵在振子振動(dòng)相位差為O°時(shí)的流量最高，為0.449ml/min；并聯(lián)結(jié)構(gòu)微泵流量隨著振子振動(dòng)相位差的變化不大，且在()=360°微泵實(shí)現(xiàn)了流量的連續(xù)輸送，流量為0.349ml/min。然后對兩種結(jié)構(gòu)微泵的流量背壓性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了兩種結(jié)構(gòu)微泵在最佳工況點(diǎn)其流量與背壓的關(guān)系，并與單腔微泵進(jìn)行了對比，結(jié)果表明串聯(lián)三通全擴(kuò)散/