一種壓電無(wú)閥微混合器的理論分析與數(shù)值模擬.pdf

1、微混合器是微流體芯片中的重要組成部分，主要用于生化反應(yīng)前各種試劑的充分混合。因其尺寸小，混合時(shí)間短，精確度高等特點(diǎn)，微混合器在化學(xué)分析、生物及化學(xué)傳感、分子分離、核酸排序及分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，采取措施改善混合效果，減少流體充分混合所需的時(shí)間，成為微混合器研究的熱點(diǎn)。本文在總結(jié)近年來(lái)微混合器的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種可實(shí)現(xiàn)泵送和混合的壓電無(wú)閥微混合器。壓電無(wú)閥微混合器是個(gè)復(fù)雜的多物理因素耦合系統(tǒng)，由于其尺寸微

2、小，結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、流體的流動(dòng)特性等因素對(duì)它的性能均產(chǎn)生較大的影響。為了探討該微混合器的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，本文具體展開(kāi)的工作主要有以下幾個(gè)方面：
　　 1.對(duì)基于MEMS的微混合器進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，對(duì)微混合器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和應(yīng)用發(fā)展前景進(jìn)行了歸納總結(jié)；介紹了微流體混合的基礎(chǔ)知識(shí)。
　　 2.基于壓電基礎(chǔ)理論知識(shí)，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)圓形壓電振子分別進(jìn)行模態(tài)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到正弦電壓驅(qū)動(dòng)下的壓電振子在一階固有頻

3、率下的動(dòng)態(tài)特征，并擬合得到壓電振子斷面上的任意點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移公式。
　　 3.基于微流體混合和無(wú)閥微泵的工作原理，介紹分析了壓電無(wú)閥微混合器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工作原理。對(duì)變形Tesla混合旨進(jìn)行數(shù)值模擬，從混合管方面說(shuō)明了微混合器實(shí)現(xiàn)泵送和混合的功能，并對(duì)混合管進(jìn)行了參數(shù)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到了一較理想的混合管結(jié)構(gòu)。
　　 4.針對(duì)壓電振子的運(yùn)動(dòng)特征，采用C語(yǔ)言進(jìn)行UDF編程，將程序進(jìn)行編譯并調(diào)入Fluent軟件，作為運(yùn)動(dòng)邊界，