一種壓電無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，混合時間短，精確度高等特點，微混合器在化學分析、生物及化學傳感、分子分離、核酸排序及分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來，采取措施改善混合效果，減少流體充分混合所需的時間，成為微混合器研究的熱點。本文在總結(jié)近年來微混合器的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種可實現(xiàn)泵送和混合的壓電無閥微混合器。壓電無閥微混合器是個復(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、流體的流動特性等因素對它的性能均產(chǎn)生較大的影響。為了探討該微混合器的內(nèi)部流動規(guī)律，本文具體展開的工作主要有以下幾個方面：
　　 1.對基于MEMS的微混合器進行了簡要的概述，對微混合器的國內(nèi)外現(xiàn)狀和應(yīng)用發(fā)展前景進行了歸納總結(jié)；介紹了微流體混合的基礎(chǔ)知識。
　　 2.基于壓電基礎(chǔ)理論知識，利用有限元分析軟件ANSYS對圓形壓電振子分別進行模態(tài)分析和瞬態(tài)動力學分析，得到正弦電壓驅(qū)動下的壓電振子在一階固有頻

3、率下的動態(tài)特征，并擬合得到壓電振子斷面上的任意點在任意時刻的位移公式。
　　 3.基于微流體混合和無閥微泵的工作原理，介紹分析了壓電無閥微混合器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工作原理。對變形Tesla混合旨進行數(shù)值模擬，從混合管方面說明了微混合器實現(xiàn)泵送和混合的功能，并對混合管進行了參數(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.針對壓電振子的運動特征，采用C語言進行UDF編程，將程序進行編譯并調(diào)入Fluent軟件，作為運動邊界，