三通全扩散%2f收缩管双腔双振子无阀压电泵性能研究

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1、三通全扩散／收缩管双腔双振子无阀压电泵性能研究ResearchonPerformanceoftheThree-wayDiffuser／NozzleValvelessPiezoelectricMicropumpwithDoubleBimorph·DoubleChamber姓2011年11月江苏大学硕士学位论文摘要在微流控系统中，微泵(Micropump)是驱动流体克服阻力产生流动的执行器件，是实现微流控系统的前提和基础，微泵的性能好坏直接影响到微流控分析系统的整体性能，也是决定微流控技术发展水平的关键因素。无阀压电泵利用特殊流管正反向流阻性能不同的特性，实现流体

2、的定向输运。由于其没有阀体结构，因而相比于有阀压电泵响应更快，寿命更长，结构更简单，易于加工以及集成化，且可以输送高分子结构的细胞介质。在航空航天、芯片冷却、医疗器械、生物基因工程等领域具有广泛的应用前景。针对传统扩散／收缩管无阀压电泵输出流量较低，输出压力不高的缺点，本文具体展开的工作主要有以下几个方面：1．通过数值模拟方法，对三通全扩散／收缩管进行了压力正交优化设计，得到了三通全扩散／收缩管的最佳结构，并将其流阻性能与传统扩散／收缩管进行对比分析，验证了三通微流管的流阻性能优于传统扩散／收缩管。然后将数值模拟结果与实验对比，证实了数值模拟的可行性。2．采用

3、流固耦合的数值模拟方法，对三通全扩散／收缩管无阀微泵进行了数值计算，并将结果与实验进行了对比验证。当激励电压幅值为100Vp．P时，在50Hz到175I-Iz范围内，微泵的流量随着频率的增加而增加，数值模拟与实验的最大误差为12％。当频率为100Hz时，微泵流量随着电压的线性增加。实验结果较好的验证了数值模拟方法的可行性。3．针对无阀微泵相对有阀微泵流量低，输出压力低的缺点，设计并研究了基于三通全扩散／收缩管的串联结构和并联结构无阀压电泵。通过数值模拟方法，分析了两种结构微泵流量随着振子振动相位差对流量的变化，结果表明串联结构微泵在振子振动相位差为0。时的流量

4、最高，为0．449ml／mim并联结构微泵流量随着振子振动相位差的变化不大，且在矽--3600微泵实现了流量的连续输送，流量为0．349ml／min。然后对两种结构微泵的流量背压性能进行了数值计算，分析了两种结构微泵在最佳工况点其流量与背压的关系，并与单腔微泵进行了对比，结果表三通全扩散／收缩管双腔双振子无阀压电泵性能研究明串联三通全扩散／收缩管微泵的背压值最大，为2．795kPa。关键词：无阀压电泵；三通全扩散／收缩管；数值模拟；实验分析；串联并联结构江苏大学硕士学位论文ABSTRACTMicrofluidicSystemhasshownpowerfullv

5、itali哆andpredictableprospectsinlifescienceandrelatedfields．Micropump，asnilexecutivedevicefordrivingfluid，isapremiseandfoundationtoachievemicrofluidsystem．Asaresult，thepropertyofthemicropump，whichisacriticalfactorofdevelopingthemicrofluidictechnology,willstraightlyeffcettheperformanc

6、eofthesystem．Thevalvelesspiezoelectricpumpisadiaphragmpump，wherethepassivecheckvalvesarereplacedbydiffuser／nozzleelementsasflow—rectifyingelements．Comparingwiththepumpwithmovmgvalves，thiseliminatestheriskofwearandfatigueinthecheckvalvesandalsoreducesthedangerofvalvedogging．Thevalvel

7、esspumpachievingfluidtransportisbasedontheflowdirectingabilityofthediffuser／nozzleelement．Consequently,thevalvelesspiezoelectricpumphasaquickerrenpond，longerworkinglifeandamoresimplestructurewhicheasytobemanufacturedandintegrated．What'smore，itcouldtransporthighpolymercell．Becauseoft

8、heseadvantagesmenti