直管型超聲行波微泵驅(qū)動(dòng)參數(shù)分析.pdf

1、隨著微加工技術(shù)的發(fā)展以及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的迅速擴(kuò)張，身為微機(jī)電(MEMS)技術(shù)核心地位的微泵技術(shù)也日益成為各國科學(xué)家微技術(shù)研究的熱點(diǎn)，提出了很多基于不同原理，形式各樣的微泵模型。其中有一部分已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。但不論是有閥門微泵還是基于電滲、電水力等原理的無閥門微泵都有其致命弱點(diǎn)，嚴(yán)重限制了應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。為此，本文提出了一種新型的無閥微泵，它基于超聲行波理論，結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)、對(duì)所驅(qū)動(dòng)的流體種類基本沒有限制。超聲行波微泵所依據(jù)

2、的原理基本有三:1.行波在管壁上傳播時(shí)，管壁內(nèi)側(cè)質(zhì)點(diǎn)做單一方向的橢圓運(yùn)動(dòng)，因流體粘度作用，該橢圓運(yùn)動(dòng)推動(dòng)流體流動(dòng)。2.行波在管壁上傳播時(shí)引起管壁的蠕動(dòng)，該蠕動(dòng)維持一定的形狀向單一方向傳播，因空間置換推動(dòng)流體向前流動(dòng)。3.超聲進(jìn)入流體時(shí)在流體和固體界面處形成聲流，產(chǎn)生的聲輻射力沿一定角度入射推動(dòng)流體。
　　 為對(duì)行波微泵做系統(tǒng)的有限元分析，在本文中首先介紹微機(jī)電和微流體驅(qū)動(dòng)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)當(dāng)前比較流行的微流體驅(qū)動(dòng)器件做簡單介紹，

3、包括結(jié)構(gòu)和所依據(jù)的原理以及各自的弱點(diǎn)等。然后對(duì)本文所探討的微泵的構(gòu)成材料做介紹和分析，包括壓電振子的構(gòu)成、壓電振子上所加載荷的排列方式、微管道的結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料參數(shù)。利用有限元分析軟件對(duì)微泵進(jìn)行建模，并對(duì)模型做模態(tài)和諧響應(yīng)分析，確定在最佳模態(tài)下的驅(qū)動(dòng)頻率。在加上電壓載荷后，對(duì)模型做瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，在后處理中觀察微泵內(nèi)壁表面質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡。最后探討微泵模型的流固耦合，先對(duì)有限元分析軟件做流固耦合的方法和步驟做簡要分析，尤其是對(duì)雙向流固耦

4、合的原理、步驟以及CFX軟件設(shè)置做介紹。然后分別對(duì)不同的電壓幅值、頻率載荷、不同的壁面粗糙度以及不同的流體動(dòng)力粘度做流固耦合分析。通過對(duì)后處理中的結(jié)果數(shù)據(jù)做流線、流速分析得到了一些有用的結(jié)論，包括:驅(qū)動(dòng)電壓的幅值大小與管口流速成正比，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率等于共振頻率時(shí)驅(qū)動(dòng)效果最明顯;當(dāng)流體動(dòng)力粘度小于0.001Pa·s時(shí)微流體流速隨粘度提高而線性增大，之后則緩慢下降;壁面粗糙度不同，近壁面處流速的峰值會(huì)隨粗糙度增加而增大，但從圖中也可以看出平