收縮-擴張型無閥微泵的流體動力學數(shù)值模擬及泵腔結(jié)構(gòu)設計.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的飛速發(fā)展令世人矚目，而微流動系統(tǒng)作為MEMS技術(shù)研究的一個主要方向，已展示了其廣闊的市場應用前景。微泵是微流動系統(tǒng)的重要執(zhí)行器件，是微流動系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標志，目前已研制出多種類型的微型泵，而其中又以無閥型微泵因其結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點成為近年來的研究熱點。 本文提出并介紹了一種收縮/擴張型無閥微泵的結(jié)構(gòu)設計及其工作原理?；诹黧w力學和薄板彎曲理論建立了收縮/擴張型無閥微泵的流體——振膜耦合物理模型，得到了

2、振膜形變的偏微分方程，以及收縮/擴張型無閥微泵的平均流量表達式。然而求解上述解析方程不僅極其復雜，而且需要大量的計算資源，因此我們采用有限元分析方法，選用ANSYS軟件進行了CFD(計算流體力學)模擬。首先，對收縮/擴張型無閥微泵泵腔結(jié)構(gòu)中的最關(guān)鍵部分——收縮/擴張微流道進行了仿真計算，研究了雷諾數(shù)、微流道擴張角度、微流道長度與最小特征寬度之比等各個參數(shù)對微流道整流效率的影響；根據(jù)微流道部分的計算結(jié)果，綜合考慮各個參數(shù)的交叉影響，初步建

3、立了收縮/擴張型無閥微泵的全模型，對泵腔的彎道效應及緩沖腔耦合效應進行了仿真分析；綜合對泵腔各結(jié)構(gòu)單元的分析結(jié)果，選擇一組優(yōu)化參數(shù)建立了二維收縮/擴張型無閥微泵全模型，并對單面驅(qū)動方式和雙面驅(qū)動方式的泵送性能進行了比較計算；然后，利用該模型對微泵在一個工作周期內(nèi)的泵送過程進行了瞬態(tài)仿真，直觀地顯示了各個時刻泵腔內(nèi)的流場構(gòu)形和速度分布；最后，建立了收縮/擴張型無閥微泵的三維立體模型，對三維模型的泵送量進行了模擬計算。本文的結(jié)果為無閥微泵的