磁能驱动微型泵的性能实验研究

在电磁场驱动原理的基础上,设计并研制了一种磁能驱动的微型泵。微型泵包括进／出液管、扩散管／喷管、驱动薄膜、腔体、电磁线圈和永磁体。微型泵的整体尺寸约为Ф11mm×4mm,腔室半径为5mm,深2mm。利用正交实验方法,对微型泵的性能进行了测试。在电压为4V、驱动薄膜厚度为6μm、频率为5Hz方波脉冲的最佳实验条件下,微型泵的最大泵送流速约为0．21mL／min。     

能量平衡法静电驱动柔性振膜微泵特性分析

从能量平衡的角度建立了静电驱动柔性振膜微泵的平衡方程,基于对压缩过程中振膜动能的考虑,改进了最小能量法压缩模型,结合均匀压力载荷下圆薄膜大挠度形变理论对静电驱动柔性振膜微泵进行理论分析.对振膜与腔体壁面贴合的压缩过程中各能量相互转化的关系进行分析,并与最小能量法模型进行了对比.结果表明,能量平衡法考虑了薄膜振动过程中的动能,故薄膜与腔体具有更大的贴合面积,且以薄膜与腔体完全贴合时作为零应力参考状态降低压缩过程中的薄膜形变势能,计算得到的静电微泵的压缩效率更高,在驱动电压为300 V时,改进的双腔模型中振膜贴合半径为4.06 mm,所得最大压升为87.08 kPa.基于改进的模型,对双腔微泵压升的影响因素进行讨论,发现降低柔性薄膜厚度会使输出压力有所上升,并且减小腔体表面介电层厚度、减小腔体深度与半径可以有助于提高微泵的压升.     

微流道交流电水力泵的数值模拟及优化

描述了微通道内交流电水力泵(EHD)的工作原理,并用IntelliSuite(R)的Microfluidic模块对电水力泵进行数值模拟.并分析了影响电水力泵速度场分布的因素,包括流体电导率、驱动交流电频率和相位、电极维度以及电极间隙和数量等.通过数值模拟不同参数下的电水力泵,比较驱动压力大小,最后给出优化的设计结果,为给电水力泵设计参数的选择提供依据.本文对流道长度为5mm,宽0.4mm,厚度0.4mm的电水力泵做了优化设计的数值模拟,最后得到驱动电极宽度为0.01mm,电极间距为0.02mm.     

聚酰亚胺微型阀及其加工工艺

在回顾微型阀发展并分析单晶硅微型阀和多晶硅微型阀加工工艺基础上,提出一种聚酰亚胺微型被动阀,分析聚酰亚胺的材料性能,设计微型阀结构和加工工艺流程,成功地制造出聚酰亚胺微型阀,测试该阀性能,讨论加工过程中的一些关键工艺。     

无阀微泵多物理场耦合分析及实验研究

为了模拟微泵实际工作过程,需要找出微泵运动的控制方程。该文从压电振子作用力F及液体反作用力P入手,给出微泵压电-应力-流体多物理场耦合的控制方程组,根据控制方程模拟微泵实际工作过程。通过对压电振子耦合前后变形量进行对比发现,由于液体的反作用力阻碍压电振子运动,耦合后z方向位移比耦合前小;且频率越大,压电振子位移越大,其临界值为1000Hz;大于1000Hz压电振子位移将出现畸变,微泵运行不稳定,频率越大畸变越严重。微泵进出口处瞬时流量均随频率和电压的增加而增大,而锯齿型流道微泵瞬时流量大于同等条件下的锥型流道微泵。该文最后采用微系统加工方法及聚二甲基硅氧烷(PDMS)不可逆封装技术制作出两种微泵结构,并对两种微泵进行性能测试,结果证明微泵的最佳工作频率为100Hz~800Hz,在此频率范围内压力和流量均处于最大值,与数值分析结果相吻合。为了验证微泵自吸能力,对锯齿型流道微泵进出口存在压差情况进行测试,得出微泵流量最大为40#x003bc;l/min,最大压力头为1.25kPa。     

新型压电无阀微泵效率分析及试验研究

提出了一种用于无阀压电微泵的新型效率模型,根据传统扩张/收缩管型结构设计出侧面带有环形面积新型锯齿型带锥度和无锥度两种微流道.用CFD软件对传统扩张/收缩型微流道及新型锯齿型微流道进行了三维流动模拟,绘制出几种微流道特性曲线,并用新型效率模型计算了三种微流道在两种限制条件(最大流量零压力头和最大压力头零流量)下的稳态效率,并进行了分析比较,结果表明由于结构改变,锯齿型微流道最大流量和压力损失实现了预期的变化,并且带锥度锯齿型微流道微泵稳态效率均大于标准扩张/收缩型微流道及无锥度锯齿型微流道微泵.最后制作出含有标准扩张/收缩及带锥度锯齿型微流道结构微泵,并对其进行试验,结果证明由于环形面积和锥度存在,带锥度锯齿形微流道微泵性能明显优于传统扩张/收缩型微泵.     

行波微泵驱动参数对驱动效果的影响

提出一种新型的无阀机械微泵,它依靠微泵管道顶部铺设的压电薄膜阵列产生的超声行波来驱动微管道中的流体。根据超声行波驱动微流体的原理对微泵进行ANSYS有限元建模和CFX流固耦合计算,得到了选定模态下内边长为200μm的方形微泵管道中流体的动力黏度与微泵驱动能力的关系,以及驱动电压幅值和频率对管口流速的影响曲线。结果表明：驱动电压的幅值大小与管口流速成正比,且当驱动频率等于共振频率时驱动效果最明显;当流体动力黏度小于0.001Pa·s时微流体流速随黏度增大而线性增大,之后则缓慢减小。此外,通过CFX后处理得到了微管道中的截面流速矢量图,由矢量图可以看出,在行波驱动作用显著的部分流速分布呈现自微管顶部向下逐渐减慢的特点,而在行波驱动作用极微弱的部分则流速分布近似呈抛物线形状。     

静电微泵的3D流固耦合动态特性分析

采用任意拉格朗日—欧拉(ALE)描述建立了无阀微泵的静电-结构-流体全耦合三维模型,数值仿真表明:泵内流体的动态特性与泵膜的运动存在着密切的关系;扩散/收缩口单元两端的压力差必须达到一定值后才有"整流"泵送效用;泵腔内流体压力的分布几乎一致;流体流动的最大雷诺数远小于宏观条件下认定的临界雷诺数;流体黏滞损失的非线性不容忽视。     

高功率射频微系统的微泵研究进展

随着射频电子装备不断向高集成度和大功率方向发展,传统开式循环冷却技术已不能满足系统微型化及高热流密度散热需求,急需发展闭式循环片上冷却技术.微泵是闭式冷却系统的核心部件,而目前微流控泵的性能与射频微系统大流量、高扬程的需求存在量级差异,因此亟待明确射频微系统微泵的发展方向,研制符合要求的高性能微泵,以解决射频微系统散热...     

静电致动圆形微泵膜片的变形计算

针对静电驱动微泵（micropump）多能量域系统仿真中存在计算量大的问题,基于弹性力学小挠度变形理论和微机电系统中的静电驱动理论,建立了静电力驱动下圆形微泵膜片（membrane）的变形曲面方程,采用伽辽金加权残值法得到膜片变形和泵腔容积变化的半解析式,结果显示膜片的变形和泵的容积变化与驱动电压的平方成正比．采用本文公式建立微泵系统宏模型（macromodel）或集中参数模型,有助于提高微泵系统仿真的计算效率．