基于微流控系統(tǒng)壓電微泵最優(yōu)化結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、壓電微泵是微流控系統(tǒng)的重要組成部分，決定著微流控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，它是隨著各種材料、結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新發(fā)展而產(chǎn)生出來(lái)的性能優(yōu)良的微型泵，其具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、體積微小、易于攜帶、輸送性能良好、能夠精確控制等諸多優(yōu)勢(shì)。其中壓電振子、閥體、泵體的材料及結(jié)構(gòu)組成會(huì)對(duì)壓電微泵的輸出性能起著極其重要的影響。本文針對(duì)微泵結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化展開研究，主要有以下幾個(gè)方面:
　　1)研究推導(dǎo)出了壓電振子在振動(dòng)時(shí)的撓度方程、泵腔體積變化方程以及輸送性能方程，

2、并通過(guò)仿真驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性，并選擇了對(duì)壓電振子的基板材料、直徑比、厚度進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　2)設(shè)計(jì)了懸臂梁型閥體、輪式型閥體、傘形型閥體三種閥體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出了其在振動(dòng)過(guò)程中的撓度方程及微泵的流量方程，并利用ANSYS仿真軟件對(duì)閥體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)合優(yōu)化好后的壓電振子及閥體設(shè)計(jì)出了單腔及雙腔壓電型微泵，推導(dǎo)出了微泵的理論輸送流量方程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了閥體厚度及直徑、泵體的泵腔高度、進(jìn)出口直徑、閥孔直徑、凸臺(tái)高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，研制

3、出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化好后的壓電型微泵。
　　3)經(jīng)過(guò)對(duì)單腔及雙腔壓電型微泵的實(shí)驗(yàn)研究，在對(duì)結(jié)構(gòu)已優(yōu)化好后的微泵施加了50V正弦電壓情況下，單腔型壓電微泵輸送水的最大的出口壓力及輸送流量分別為6.91kPa和4.27ml·min-1;雙腔串聯(lián)型壓電微泵輸送水的最大的出口壓力及輸送流量分別為11.87kPa和6.04ml·min-1;雙腔并聯(lián)型壓電微泵輸送水并采用異步驅(qū)動(dòng)時(shí)的最大的出口壓力及輸送流量分別為11.8kPa和5.84ml·min-