离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明：该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^-5),但仍处于层流状态(Re<1),并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密...     

TRANSIENT BEHAVIOR OF THE VISCOUS MICROPUMP

In the present study, the transient performance of the viscous micropump will be investigated numerically. The viscous micropump's operation depends mainly on viscous forces and can operate in any situation where viscous forces are dominant. All the micropump calculations are reported in nondimensional quantities, which allows for the prediction of the micropump performance, regardless of the dimensions or the fluid that is used. The effect of the microchannel height, rotor eccentricity, Reynolds number, and pump load on the transient performance of the viscous micropump has been studied in detail. The steady state performance was compared with the available experimental data and was found to be in a very good agreement. The rotor eccentricity was determined to be the parameter that affected the transient performance of the micropump the most significantly. This work provides a foundation for future research on the subject of fluid phenomena in viscous micropumps.     

压电驱动无阀微泵泵腔流场分析

介绍了无阀微泵的工作原理,对无阀微泵的流量与效率进行了理论分析,利用ANSYS软件对微泵泵腔内的三维流场进行了有限元数值模拟。所作的研究对于无阀微泵的设计和应用具有指导意义。     

面向压电泵脉动消除的流体滤波器设计与实验

设计了一种被动式流体滤波器,它由薄膜及微通道组成,旨在消除由压电泵引起的流体脉动。对流体滤波器进行了理论分析,利用Comsol软件建立滤波器的有限元模型,分别对薄膜变形以及微通道流阻进行数值计算,并分析了影响滤波效果的参数。仿真结果表明,当微通道内的流体阻力较大时,泵的驱动频率越高,薄膜半径越大,滤波效果更佳。通过实验验证,表明所设计的流体滤波器可以有效减小脉动,压电泵能够提供稳定的流量。     

脉冲式微透析法葡萄糖传感器系统

构建一小型皮下组织葡萄糖传感器系统,简化其检测前后的校正过程,改进其稳定性、检测精度、抗干扰能力及温度特性。采用了脉冲式微泵、微透析技术和改良的ＹＳＩ酶膜。进行了葡萄糖恢复实验、葡萄糖浓度与传感器输出电流的线性相关研究,对抗坏血酸或醋氨酚液的抗干扰试验及温度实验。结果显示葡萄糖恢复达９７±２％;背景电流为０．３７±０．０６ｎＡ;单位浓度单位时间的漂移均值为０．１０３％;电极输出电流与葡萄糖浓度间的线性相关系数均值为０．９８６,线性范围为０～２０ｍＭＧ．Ｓ．;低浓度的抗坏血酸不能干扰传感器,高浓度的抗坏血酸和醋氨酚仅产生很小的干扰电流。传感器温度系数仅３．４％。本系统具有体积小、性能好、校正简便的特点,并适用于发热时血糖的监测。     

基于MEMS的压电微泵建模与优化

以压电驱动的无阀微泵为研究对象,根据扩张管/收缩管的压力损失系数和连续方程,建立了无阀微泵的理论模型。利用有限元分析软件,建立了无阀微泵有限元模型,进行了耦合场仿真分析。模拟并分析了不同边界条件下驱动电压、电压频率、泵膜厚度、压电薄膜厚度和压电材料对无阀微泵输出特性的影响。仿真结果显示,无阀微泵具有很好的整流特性,并且驱动电压越大,输出特性越好。在局部固定边界条件下,当压电薄膜上施加电场强度为500 V/mm的驱动电压时,存在最优的压电薄膜厚度,使得微泵的输出流量最大。研究结果为无阀微泵的优化设计提供了依据。     

NiTi/Si薄膜驱动微型无阀泵的系统研究

介绍了形状记忆合金 /硅 (Ni Ti/Si)复合膜驱动的微型无阀泵的结构及工作原理 ,采用 Matlab对微泵的压力 P和流量 Q进行了计算和仿真 ,并将仿真结果与实验结果进行了对比。通过分析驱动膜的驱动频率与泵的几何结构对微泵性能的影响 ,得到微泵的优化方案。     

交流电渗驱动机理及流速计算

在阐述电极极化机制的基础上说明了交流电渗流的形成过程；通过建立非对称电极等效电路和理论模型，获得了交流电渗流微泵的流速的计算公式；通过分析，解释了对称电极虽然能产生局部电渗流但不能形成流速的现象。研究结果为进一步分析和研究交流电渗流微泵提供了理论基础。     

数字化无阀微泵内微流体泵送运动的理论解析

对研制出的新型基于微流体数字化技术的数字化无阀微泵的泵送实验现象进行理论分析研究。提出数字化无阀微泵内的微流体概念,该微流体受外加周期性扰动,其边界流和中间流间产生速度差异,由于粘性力、惯性力交替作用,使微流体运动,中间流克服表面张力的作用得以喷射出去,实现数字化无阀微泵泵送。推导了中间流的运动公式,分析认为中间流与边界流存在着滞后效应,调整扰动周期长短,可实现离散流、连续流。     

利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子

为了合成粒径均一、单分散性好的金纳米粒子,提出一种压电驱动式脉动微混合可控合成金纳米粒子的方法。该方法采用两腔三阀结构的压电微泵作为驱动源,结合Y形微混合器,基于两压电微泵脉动交叉式输出性能来实现多种不同混合模式的可控混合。利用Fluent软件对Y形微混合器内不同流量及频率下的混合效果进行了优化分析,优选出了压电微泵的控制参数。在实验室内设计、制作了用于金纳米粒子可控合成的系统样机,并开展了相应的金纳米粒子可控合成试验。试验结果表明：电压为40 V,频率为300 Hz时,合成的金纳米粒子粒径较为均一,分散性较好,该结果验证了文中所提方法的可行性。此方法亦可应用于其他纳米粒子的可控合成。