无阀微泵扩散管及收缩管流动特性分析

以无阀微泵扩散管和收缩管为研究对象,对管内流体的压力分布进行了理论分析,得出了扩散管和收缩管内流体的基本流动方程,并用有限元方法对扩散管和收缩管内的速度场和压力场进行了有限元数值计算,分析了对流动特性的影响因素,其结果对于无阀微泵扩散管和收缩管的设计具有参考意义。

PZT压电薄膜无阀微泵的制备工艺及实验研究

介绍了一种基于PZT薄膜的无阀压电微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,自制的压电圆型薄膜片作为驱动部件,采用收缩管/扩张管结构,压电圆型致动片和PDMS泵膜的组合可产生较大的泵腔体积改变。在对微泵制备工艺研究的基础上,对其性能进行了实验研究,结果表明:电压和频率对流速均有显著影响。在7.5 V1、80 Hz的正弦电压驱动下,该压电微泵的最大输出流速为2.05μL/min。该文制作的微泵具有流量稳定,驱动电压较低,性能稳定可靠和易控制等优点,可满足微流体系统的使用要求。

平面无阀微泵的设计与制作

依据扩散口/喷嘴理论,设计了具有单向整流特性的无阀微泵.采用硅平面工艺、各向异性腐蚀、削角补偿和静电键合等微机械加工工艺技术,制作了平面尺寸为18 mm×13 mm的无阀微泵.经过测试,当扩散口/喷嘴长度为2.5μm、扩散口/喷嘴的窄口宽度为150μm、腐蚀深度为150μm时,微泵的最大泵压达14.8 kPa,最大流量为558μL/m in.

基于硅各向异性腐蚀的平面沟道无阀微泵研究

依据扩散口/喷嘴理论,设计了不同几何尺寸无阀微泵的扩散口/喷嘴光刻掩模版图,采用硅平面工艺、各向异性腐蚀及削角补偿等技术,制作出了多种无阀微泵.对无阀微泵泵压及流量进行了实验研究,结果表明:泵压与流量均呈现反比关系;扩散口/喷嘴的张角为8°时微泵效率最高;扩散口/喷嘴长度为2500μm、扩散口/喷嘴的窄口宽度为150μm、腐蚀深度为150μm时,无阀微泵的最大泵压和流量分别为14.9kPa和558μL/min.

无阀微泵工作机理的研究

介绍了无阀微泵的发展状况,阐述了其工作机理,对扩散口和喷嘴的工作进行了分析.对无阀微泵在流体流动时的能量损失、输入输出流量、一个周期的净流量以及影响微泵工作效率的因素进行了讨论.提出了优化结构设计的思想方法.

一种低成本压电无阀微泵的研制

提出了一种低成本的由压电材料驱动的平面扩张/收缩管无阀微泵的制作工艺。通过数值模拟确定了扩张/收缩管扩张角的最优值,在此基础上,采用光刻和湿法刻蚀工艺,刻蚀了300μm深的泵腔基片和100μm深的盖片;使用等离子体清洗技术将其与PDMS薄膜键合,完成了可以实现单向泵送的压电无阀微泵样机制作。研究了该压电无阀微泵样机的性能,分别分析了压电振子的激励频率、电压和微泵背压对其流量的影响。实验结果表明:在100 V,110 Hz交流方波电压信号的作用下,微泵有最大输出流量为436μL/min,最大背压为620 Pa。

基于微振动马达的无阀微泵的研究

研制了一种可在低电压下工作的新型无阀微泵,该微泵利用有机玻璃(PMMA)制作泵腔,采用了扩散口/喷口的结构,以PDMS作为振动膜,利用微振动马达作为驱动部件。采用ANSYS软件进行有限元分析得到微泵扩散口/喷口的最佳尺寸。对微泵的振动频率和输出流量进行了测试,结果显示:电压为1.0～1.8 V时,微泵的输出流量随着电压的升高而增加,当电压为1.8～3.3 V时,微泵输出的流量保持稳定,达到150μL/min。该无阀微泵结构简单,驱动电压低,具有良好的性能和低廉的成本。

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究。蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现。结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10%,驱动频率为250Hz时泵送流量达到最大值5.87μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势。

扁平振动电机驱动的无阀微泵的研究

研制了一种新型的电磁驱动式无阀微泵,该微泵利用有机玻璃制作泵腔,采用扩散口/喷口的结构,以PDMS作为振动膜,利用扁平振动电机作为驱动部件。对微泵的振动频率和输出流量进行了测试,结果显示,电压在1.0 V～1.8 V范围内时,微泵的输出流量随着电压的升高而增加,当电压在1.8～3.3 V时,微泵输出的流量保持稳定,达到150μL/min。具有良好的性能和低廉的成本。

无阀微泵泵腔中流体流动的有限元模拟与分析

采用有限元仿真软件ANSYS/FLOTRAN对收缩/扩张型无阀微泵泵腔中流体流动的全过程进行了数值模拟和仿真分析,得到了流体在整个泵腔中的流场构形和流动特性。结果表明,泵腔结构单元的弯道效应与出/入口处流体速度分布的非线性混合将导致腔中的局域涡流现象。通过对3个简单模型的模拟计算,证明了缓冲腔的不同结构对无阀微泵的整流效率有较大影响,是泵腔结构参数优化设计不可忽视的重要环节。

一种电磁力驱动的无阀微泵的气体泵送特性

基于微流体在锥形通道内流动的非对称性,设计并制作了一种电磁力驱动的扩散管/汇聚管型无阀微泵,该微泵主体部分由嵌有微型线圈的聚二甲基硅氧烷(PDMS)振动膜和含有微米级锥形管的泵体组成。当在微型线圈中通入交流电信号,线圈中会产生周期性变化的磁场,与外部永磁体产生的恒定磁场相互作用产生振动,并带动PDMS振动膜往复运动。为了提高微泵的泵送性能,将30个锥形管并排连接到泵腔和微泵的进出口处。之后对制备的微泵的性能进行测试,分析了泵送气体的方向,并探究了驱动电压幅值和驱动频率对泵送气体体积流量的影响。测试结果表明,所设计的无阀微泵能够向锥形通道的扩散方向泵送气体,且随着驱动电压和驱动频率的增大,泵送气体体积流量增加。

磁力驱动串联式双腔微泵设计及性能测试

针对无阀微泵背压能力较弱等问题,采用MEMS技术制作出不同结构参数的双腔和单腔微泵体,构建了基于电机驱动的磁力式双腔串联无阀微泵测控系统。实验结果表明,泵腔面积相等的情况下,圆形泵腔的微泵流量大于椭圆形泵腔的流量;随着驱动频率的升高,双腔串联微泵的流量呈现高斯分布,并在20 Hz附近处出现流量峰值,微泵的最大流量可达1.5 mL/min,微泵的截止背压为170mmH_2O,双腔串联微泵比单腔微泵的流量增大约80%。

磁力驱动微泵设计及优化

为提高收缩/扩散管无阀微泵的性能,设计了磁力驱动式无阀微泵,并利用ANSYS软件对微泵的整流部件收缩/扩散管和单腔微泵整体结构进行流体仿真,得到了微泵的结构优化参数。仿真和实验结果表明,流量随着管长、最小宽度、扩张角、泵腔半径的增大存在极大值。磁驱动微泵的流量在驱动电压12 V、驱动频率为25 Hz时达到最大值。

基于MEMS的扩张管／收缩管内流动特性分析

扩张管/收缩管作为无阀微泵的关键组件,其结构参数直接影响微泵的泵送效率和工作性能。本文作者利用有限元软件ANSYS/Flotran对扩张管和收缩管内流体进行了数值模拟,结果表明:在不同的进出口压差下效率随扩张角的变化趋势不同;扩张管无论是在高压下还是低压下,都会出现压力复现,而分离流动和回流只会出现在高压或较大扩张角的情况下;收缩管内流体流动稳定,则不会出现压力复现、分离流动和回流。

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%。