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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2005年
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基于MEMS的无阀泵数值仿真与实验研究

白兰  
【摘要】:针对微流体系统中对流体进行定量输运的需求,开展了基于MEMS 的无阀微泵理论分析,仿真及实验研究。 扩张管/收缩管型微泵是比较典型的无阀型微泵,它以收缩和扩张的不同形状通道代替了单向阀,利用因流道不对称所引起的压力损失的不对称性来实现流体的泵送,而且结构简单,制作工艺成熟,因而引起了人们的普遍重视。 本文运用有限元分析软件ANSYS 对扩张管/收缩管的角度、长度、最小口径等因素对流量和效率的影响进行了数值计算。 分析了薄膜的振动模态,并对泵膜-流体耦合振动过程进行了理论分析,得出了耦合振动方程的近似解析解。在此基础上分析了不同阻尼系数,不同驱动力以及不同固有频率下的泵膜振幅、泵流量的变化规律。 运用有限元软件CFX 分析了无阀泵的动态工作过程及无阀泵的瞬时流量、累积流量随驱动幅值和驱动频率等参数的变化规律。流量仿真结果与实验结果基本吻合。以微机械加工工艺为基础制作出了硅基微型无阀泵,驱动薄膜采用聚合物PDMS 柔性薄膜,泵体为玻璃-硅-玻璃的三明治结构。通过实验测试分别考察了电压和频率以及薄膜刚度等参数对无阀泵输出能力的影响。实验还表明无阀泵既可以用作液体泵,也可以用作气体泵。在相同电压驱动下气体无阀泵的流量要高于液体无阀泵,但气体泵的背压较低。在驱动电压为8V,驱动频率为15Hz时,液体泵的最大流量可达0.44ml/min。泵的最大背压可达17.5cm 水柱。 关键词:MEMS 无阀泵扩张管/收缩管有限元仿真
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH703

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 蒋丹;李松晶;杨平;;收缩管/扩张管型无阀压电微泵的动态特性研究[J];工程力学;2011年03期
2 林谢昭;应济;陈子辰;;静电无阀微泵两种仿真模型的比较研究[J];哈尔滨工业大学学报;2010年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 蒋丹;存在气泡和气穴时无阀微泵动态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 谢丹;微光学器件的气动膜片式微滴喷射制造技术研究[D];华中科技大学;2010年
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1 徐亮;面向微流控芯片的压电无阀微泵的研究[D];浙江大学;2011年
2 陈栋杭;静电喷印头的设计及关键工艺[D];厦门大学;2009年
3 陈小明;无阀微流控调焦系统的动态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 李俊;无阀微泵多场耦合数值模拟及降价建模[D];浙江大学;2010年
5 田伟强;双联腔三振子无阀压电微泵的研究与设计[D];燕山大学;2010年
6 王晓娜;基于微注塑成型的微塑件数值模拟与工艺实验研究[D];北京化工大学;2010年
7 曹超;无阀微泵稳态与非稳态性能的数值仿真[D];浙江大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 禹静;王茜;李东升;;气体静压导轨微尺度振源的仿真研究[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年
7 傅新;谢海波;杨华勇;;Micro-DPIV技术在微型无阀泵瞬变流场检测中的应用[A];第二届全国微全分析系统学术会议论文摘要集[C];2004年
8 王海宁;崔大付;耿兆新;刘长春;陈兴;;一种无阀压电微泵的研究[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
9 刘汉旭;张铁民;;双腔同步驱动无阀大流量压电泵有限元分析[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年
10 高建民;唐为奇;;新型无阀微压电泵的微流场仿真及设计[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(下册)[C];2006年
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1 张田田;微通道内气体流动换热的理论与实验研究[D];北京交通大学;2011年
2 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年
3 林谢昭;静电微器件的模型自由度缩减方法研究[D];浙江大学;2010年
4 耿鑫;微流体脉冲驱动—控制基础实验研究[D];南京理工大学;2011年
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7 赵柳洁;微细通道内甲烷湿空气低温自热催化重整反应理论分析及实验研究[D];重庆大学;2011年
8 曹传军;叶尖间隙对微涡轮叶栅内流影响机理与叶尖逆向涡控研究[D];南京航空航天大学;2011年
9 刘勇;微细电解铣削加工技术的基础研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 张俊;迷宫流道灌水器水力与抗堵性能评价及结构优化研究[D];西安交通大学;2009年
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1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 刘凉;3-RRRU并联机器人运动学控制的研究[D];天津理工大学;2010年
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10 邓懿;水库运行方式对库岸崩塌和建筑物破坏的影响研究[D];昆明理工大学;2009年
【同被引文献】
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1 李福良;基于PA85的新型压电陶瓷驱动电源[D];合肥工业大学;2004年
2 许兆美;细胞工程用微针的制备工艺研究[D];南京理工大学;2004年
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5 王勇;微型齿轮注塑成型工艺实验研究[D];大连理工大学;2006年
6 庄志文;压力驱动微管道液体流动数值模拟与实验研究[D];江苏大学;2007年
7 黄琴;压电驱动技术测试技术与方法研究[D];吉林大学;2007年
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【二级引证文献】
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5 王小华;丁玉梅;张攀攀;谢鹏程;杨卫民;;微结构几何参数对注射成型质量影响[J];现代塑料加工应用;2012年05期
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1 徐亮;面向微流控芯片的压电无阀微泵的研究[D];浙江大学;2011年
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1 黄俊;张建辉;;“Y”锥组合流管无阀压电泵的原理与实验验证[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
2 皋路;张建辉;胡笑奇;黄毅;;压电双晶片结构的仿尾鳍式无阀泵改进研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
3 王海宁;崔大付;耿兆新;刘长春;陈兴;;一种无阀压电微泵的研究[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
4 胡笑奇;张建辉;黄毅;夏齐宵;黄卫清;;一种仿生型无阀压电泵的研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 白兰;基于MEMS的无阀泵数值仿真与实验研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
2 邓永波;离心式微流控芯片拓扑优化设计方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 胡笑奇;非回转非容积型无阀压电泵的动力学分析和实验研究[D];南京航空航天大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林栋;器件级MEMS真空熔焊封装的研究[D];华中科技大学;2007年
2 杨俊波;MEMS真空封装关键技术研究[D];华中科技大学;2005年
3 葛超;磁控形状记忆合金执行器驱动的无阀泵的研究[D];沈阳工业大学;2007年
4 袁又春;收缩管/扩张管型无阀压电泵的研究[D];南京航空航天大学;2006年
5 赵靖松;MEMS粗糙表面接触研究[D];西安电子科技大学;2008年
6 冯奎景;基于白光干涉原理的三维微表面形貌测量技术研究[D];华中科技大学;2007年
7 徐小波;MEMS传感器弱信号检测电路及集成设计[D];西安电子科技大学;2009年
8 田朝辉;激光熔覆制备SnO_2微气敏传感器的研究[D];华中科技大学;2008年
9 朱毅;微梳齿谐振器力学特性的仿真研究[D];清华大学;2006年
10 周海军;静电悬浮转子微陀螺DSP测控技术相关问题研究[D];上海交通大学;2008年
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