面向微泵的微型扩散/收缩管的优化设计

微型扩散/收缩泵属于无阀型微机械往复微泵,其性能可以通过优化微型扩散/收缩管的结构参数得到优化.本文利用Fluent软件模拟得到最优的微型扩散/收缩管的结构参数,并提出微型固定鳞片式扩散/收缩管结构.基于硅基MEMS技术制备微型扩散/收缩泵,并通过Fluent软件模拟和实验验证了鳞片式扩散/收缩泵可以提高流阻效率11%.     

一种用于FIA系统的微型泵

介绍了一种FIA（Flow Injection Analysis－流动注入分析）系统中的部件－微型振膜泵。该微型泵体采用无阀式的扩散管／喷嘴结构,由电磁－机械方式驱动振膜的振动,用干电池作电源。实验数据表明,该泵可在0－1．5ml/min（液体）流量范围内工作稳定,并具有结构简单、流量易于控制以及利于批量生产成本低廉等优点,有很好的应用前景。     

介电弹性材料驱动的大流量无阀微泵研究

在对基于介电弹性材料的无阀微泵流量分析基础上,从增加流量的角度出发,分析了结构参数对流量的影响规律,并对微泵泵膜预拉伸率及封装材料对微泵流量的影响进行了实验研究。实验结果表明,采用参数优选后的无阀微泵结构可使微泵的流量大幅度增加,可达到500的流量。该类型无阀微泵在生物医学等微流体系统中的应用具有广泛的前景。     

PZT压电薄膜无阀微泵

介绍了一种基于PZT压电薄膜的无阀压电微泵.该微泵利用自制的压电圆型薄膜片作为驱动部件、聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜.本文在对微豕制备工艺研究的基础上,对其性能进行了数值和实验研究.建立了基于扩张管/收缩管理论的无阀微泵的有限元模型.利用MFX-AN-SYS/CFX技术实现了对微泵的双向流固耦合分析.对微泵的锥形角、最小宽度、扩散管长度、泵腔高度进行数值计算,得到了优化参数.数值计算的结果与实际测量的数据进行了比较,验证了仿真的正确性.     

收缩管/扩张管型无阀压电微泵的动态特性研究

为了合理地预测收缩管/扩张管型无阀压电微泵泵腔压力脉动,利用流体动力学基本理论以及锥管的特点,给出了无阀微泵的动态数学模型,包括吸入和泵出模式的连续性方程以及泵腔体积变化.采用有限元分析方法,对振动薄膜的最大体积变形量进行了计算.基于微泵动态数学模型,对无阀微泵压力和流量特性进行了仿真研究,分析不同薄膜最大体积变形量和...     

新型无阀微泵扩张微流道中流体动力学特性的仿真分析

对新型收缩/扩张型无阀微泵泵腔结构中扩张微流道内流体的流动特性进行CFD仿真分析,得到扩张角度、雷诺数（Re）等参数对微流道中流体阻力损失系数的影响。仿真结果显示,对于任一确定的扩张角度和雷诺数,都对应一个最小阻力损失系数,但对于不同的扩张角度,阻力损失系数随雷诺数的不同呈明显的非线性依赖特征;扩张角度较小时,阻力损失系数随雷诺数的增大而减小,而当扩张角度较大时,阻力损失系数随雷诺数的增大而增大。     

运行参数与轴流泵流体激励力的关系

泵内非定常压力脉动会引发泵体的结构振动,运行工况的变化会改变泵内流场的流动状态,从而对泵的振动特性产生影响。通过流体力学计算软件FLUENT对某台立式轴流泵内流场进行仿真计算,分别改变泵运行速度和流量两项参数,得出转速改变后,叶轮受到的力会偏离了相似理论的计算值;工作在小流量时,泵内压力脉动与叶轮受力均大于大流量工况,且叶轮区域出现流动分离现象,不利于振动噪声的控制。     

卫生型离心泵水力性能的参数化研究

为给卫生型离心泵过流部件结构的优化设计提供依据,采用CFD分析软件Fluent对卫生型离心泵内部流场流动进行了数值模拟和水力性能的参数化分析.给出了建模和流场分析方法,分析了泵内流体速度和压力的分布特性,基于流动模拟结果预测了水力性能.性能预测结果与试验结果吻合较好.关键结构参数对水力性能影响的计算结果表明,叶轮轴向间隙、叶片宽度、叶轮与蜗壳直径比等参数均存在最优值.研究结果对卫生型离心泵的结构改进和性能提高具有参考价值.     

无菌精密灌装的氧化锆陶瓷无阀泵设计及特性分析

目的针对传统柱塞泵结构复杂、灌装稳定性较差,已经无法满足高温、耐腐蚀的高端无菌精密灌装需求,提出利用氧化锆陶瓷的高强度、高硬度、抗刮耐磨性、耐腐蚀性等特性,研究出高精密、高洁净度的陶瓷无阀泵。方法通过改变传统的柱塞模式,全新设计一种无阀结构,使陶瓷柱塞能在陶瓷缸筒内同时实现周向旋转和轴向运动,获得液体压力差。建立压力和流量的关系模型,提出无阀旋转泵流量控制和精度微调等的实现方法。分析研磨杆制造缸筒的加工工艺,保障高装配精度的工艺方法。结果当灌装范围为6 mL/r时,最高达灌装精度达0.42%,获得了高性能的氧化锆陶瓷无阀泵。结论研制的无阀泵灌装具有范围大、灌装精度高等特点,适用于耐高温、耐腐蚀的高端无菌精密灌装行业。     

高频微型脉冲管制冷机的设计计算方法研究

通过对高频微型脉冲管制冷机的几何结构以及运行参数进行分析,介绍了一种理论计算与试验结合的脉冲管制冷机设计方法;由此设计了一微型脉冲管制冷机系统,并进行了试验,实验结果基本满足了设计要求。     

Numerical Investigation of a Periodic Heating Thermal-Bubble Actuated Diffuser–Nozzle Valveless Pump

A valveless micropump actuated by thermal bubbles which generated by an electrode heater mounted with a pair of diffuser nozzles has been numerically studied by commercial CFD software FLUENT. The relationship between the net flow rate and the superheating and heat supplying frequency has been investigated. The depth of the diffuser–nozzle micropump used in current numerical simulation model is 200 μm, and the diameter of micropump chamber is 1 mm. The pair of diffuser–nozzles are with gaps expanding from 30 to 274 μm and open angles of 7°. The working fluid is methanol in present study. The results show that the pump has different optimal driving frequency with different superheating. The cycle composed of bubble growth and shrinking costs more time at higher superheating. The maximum volume flow rate and the maximum pump pressure will increase with increasing superheating, simultaneously; and the optimal pulse duty, the maximum volume flow rate and pump pressure decrease with increasing superheating. The maximum volume flow rate and the maximum pump pressure are 29.6 μL/min and 680 Pa at ΔT = 15°C, respectively.     

Fabrication and drive test of piezoelectric PDMS valveless micro pump

Abstract

Poly‐dimethylsiloxane (PDMS) valveless micropumps with single chambers and double chambers, based on a reciprocation principle, are fabricated in this work. A drive test of a piezoelectric valveless PDMS micro pump is conducted and the influence on the flow behavior of water is investigated. Applied voltage and frequency are major factors that affect the flow rate of the micropump. The flow rate of the micropump increases with applied voltage due to the increase of piezoelectric‐disk deflection. The flow rate of the micropump is found to be when the applied voltage frequency matches the first range of the resonant frequency of the PDMS micropump filled with water at 15 to 25 Hz. The maximum flow rate and the backpressure of the micropump are about 10.51 ml/min and 274.5 Pa when applying 120 Volts at 15 Hz. The maximum flow rate of the double chamber micropump at 120 Volts and 15 Hz is 2.74 ml/min which is less than the single chamber pump. When pumping at the second range of the resonant frequency of 860–1230 Hz, the flow rate of the micropump approaches zero because a lot of air bubbles are sucked into the chamber and interfere the flow of water. Experimental measurements of generation of bubbles at a wide span of frequencies that have not previously appeared in the literature are presented and discussed.     

锯齿型微流道微泵流动特性分析及性能测试

通过对新型锯齿型和传统扩张／收缩型两种微流道内部流场数值分析结果进行比较,得出微流道内流动状态随雷诺数的变化情况以及漩涡产生原因：锯齿型微流道由于侧面齿形角的存在．流动过程中较传统扩张／收缩型微流道易产生漩涡,正是由于漩涡的产生使流道压力损失降低．因而新型锯齿型微流道微泵性能优于传统扩张／收缩微流道微泵．最后采用先进的硅深反应刻蚀技术（DRIE）在硅片上加工制作出两种微流道及泵腔结构,并采用硅-玻璃阳极键合以及玻璃-聚二甲基硅氧烷（PDMS）紫外线键合的方法封装出三明治结构式微泵．通过对两种微泵分别在对称和电压偏置正弦波驱动下进行性能测试．得出电压正向偏置时微泵性能仅次于对称波形驱动下微泵性能,而电压负向偏置时最差．在对称波形驱动下,新型锯齿型微流道微泵最大流量（MFR）和最大压力头（MPH）值分别为扩张／收缩微流道微泵的1．4倍和1．9倍．因此采用新型锯齿型微流道结构将使微泵性能大大提高．     

利用压电驱动的半球缺群无阀泵试验及其混合泵送性能分析

为满足微流量、小流量压电液体混合与输送方面的要求,提出了一种集流体混合与泵送为一体的半球缺群无阀泵,该泵利用半球缺的圆面与球面对流体的阻力不等,配合压电振子的往复振动实现对流体的泵送;同时,利用半球缺群对流体的遮挡、干扰效应产生的湍流和旋涡实现对流体的高效混合。在解析泵的工作原理、振子振动特性、泵理论流量基础上,进行了流量与电压、频率及行数、列数变化的半球缺群的关系试验,获得了泵系统的低频谐振频率为6Hz,并在电压及频率为160V、6Hz时,半球缺群4×3得到了53.2mL/min的泵流量,电压及频率为180V、6Hz时,半球缺群3×3得到了59.4mL/min的泵流量;对半球缺群行数、列数及间距变化对混合效果的影响进行了仿真研究和试验验证,得到了增加行数、列数及间距均能提高不同液体间混合效果的结论,试验及仿真分析的结果验证了半球缺群无阀泵能够较好地实现对流体的混合与泵送。     

单级水环真空泵带大气喷射器设计计算

本文介绍了极限压力为33hPa的单级水环真空泵带一级大气喷射器的设计工况点及压缩比的选取,引射系数的确定及作为主要几何参数的喷咀和扩压器的喉径的计算,并对水温的影响及旁道管路进行了介绍。     

面向微量试剂分配的压电叠堆泵

微量、快速、精确的试剂分配是生物、制药等领域不可或缺的技术手段.研制了以压电叠堆为驱动器实现高精度、微量化和自动化试剂分配的压电叠堆泵样机.研究了压电叠堆泵的结构、工作原理及加工装配过程.实验研究了不同的输入信号对压电叠堆泵性能的影响和压电叠堆泵的输出流量及压力与输入电压、频率的关系,并将该样机与喷嘴装配在一起组装成试剂泵进行试剂分配实验,研究了试剂泵输出流量及微滴体积与输入电压、频率的关系.测得该压电叠堆泵输出流量的重复精度可达到77.42 μL,喷嘴直径为0.5 mm时试剂泵进行试剂分配的液滴体积为16.09 μL,重复精度为0.29 μL,实现了微量、快速、精确的试剂分配.     

Unsteady flow investigation in rotor-stator interface of a radial diffuser pump

The flow in a vaned diffuser radial pump is fully turbulent and strongly unsteady, caused by the rotor-stator interaction. In this paper, two-dimensional laser Doppler velocimetry (LDV) measurement results have been utilized to investigate the unsteady flow in a low specific speed radial diffuser pump with leaning impeller trailing edges. CFD simulations have been also conducted to provide more extensive results at different flow rates. The analysis has been mainly focused on the flow in the radial gap region between the impeller and diffuser where the unsteady interaction is the strongest. The velocity and turbulence fields are detailedly examined and quantitatively compared between CFD and LDV as well. In addition, the downstream effect from the impeller rotation has been compared between the leaning and normal trailing edges of the impeller.