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.     

横流与轴流通风机串联吸气临界点试验研究

研究检测了横流与轴流通风机在不同工况下串联运行时的临界点,并绘制了横流与轴流通风机串联临界曲线.得出了横流风机在串联系统中较轴流风机稳定的结论.     

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．     

无阀微泵锯齿型微流道结构参数研究

运用有限元分析软件Fluent,以瞬时流量和MPH条件下的稳态效率作为评价指标,采用数值模拟方法分析了长度、最小宽度、深度以及扩张角等结构参数对微泵流量和效率影响情况.结果表明:长度对流道性能影响不是很明显;随着最小宽度增加,净流量先减小后增大然后又逐渐减小,效率则逐渐降低,存在一个能平衡流量和效率并使其达到较高的最佳宽度值;深度的增加有利于提高流量和效率;较小进口流速下可选择大一些的扩张角,有利于提高流量和效率,较大进口流速下则要选择小一些的扩张角,以避免发生边界分离使流量和效率降低.     

新型锯齿流道压电微泵加工制作及试验

以硅作为基底材料,采用深反应离子刻蚀（DRIE）技术加工出含有新型锯齿流道和传统锥形管的微泵,整个微泵结构为聚二甲基硅氧烷（PDMS）-玻璃-硅-PDMS式.采用阳极键合方法对硅和玻璃之间进行封装.PDMS和玻璃、PDMS和硅之间的封装采用紫外线照射方法,使PDMS表面改性,从而达到不可逆密封.分别对两种微泵在不同电压、频率以及波形驱动下的最大流量（MFR）和最大压力头（MPH）进行测试与比较,发现在固定频率下,两个微泵的最大流量和最大压力头均随驱动电压升高而升高,并且正弦波驱动下的效果要好于其他两种驱动波形;在固定电压下,最大流量随着频率升高在60Hz和200Hz两个频率点同时达到最大,最大压力头则在60～600Hz内一直处于最大值不变;锯齿流道微泵的最大流量和最大压力头明显高于传统锥形微泵.由于流道侧面环形面积的存在增加了流通面积,新形锯齿形流道微泵的效率明显高于传统锥形管微泵.     

驱动参数对串联和并联压电微泵特性影响比较研究

无阀压电微泵在微流体驱动及芯片上的实验室等方面有着广泛的应用。为了比较串联、并联无阀压电微泵性能差异,采用玻璃湿法腐蚀工艺,以玻璃为基体,制造出含有串联、并联腔体结构压电微泵,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对微泵进行封装,两种微泵泵腔和扩张/收缩微流道尺寸相同。设计出不同驱动信号波形、电压、相位、占空比和对称性组合,并将不同驱动方式组合应用于两种微泵的流量和压力性能测试。结果显示:驱动条件对两种微泵性能有较大影响;两种微泵的流量和压力随着驱动电压升高均呈现增大趋势;三角波驱动条件下两种微泵性能优于正弦波和方波驱动;驱动波形相位、占空比和对称性对串联微泵性能的影响较并联微泵大。试验同时得出:P1和P2两个腔体在正弦-正弦信号组合驱动下,串联微泵的流量和压力值在相位差为±180°时达到最大;并联微泵则在相位差为0°时达到最大,与并联和串联微泵结构及工作原理相一致;所有驱动条件组合下,并联微泵性能优于串联微泵。试验测得并联微泵的最大流量和压力分别为173μL/min和490.8 Pa,串联微泵的最大流量和压力分别为83.1μL/min和190.3 Pa。     

通风机串联吸气性能试验台的研制

介绍了一套风机串联吸气性能试验装置方案、设计及研制.基本实现了压力、流量、功率、转速、扭矩的自动采集与处理,性能曲线的绘制.现场运行结果表明,该试验装置通用性较强、测试准确性较高、效果良好.