單振子雙腔并聯(lián)無閥壓電微泵的性能分析及仿真模擬.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的飛速發(fā)展令世人矚目，而微流體控制系統(tǒng)作為MEMS技術(shù)研究的一個(gè)主要方向，已展示了其廣闊的市場應(yīng)用前景。微泵是微流體控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行器件，是微流體控制系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，目前己研制出多種類型的微型泵，而其中又因無閥型微泵結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便等優(yōu)點(diǎn)，而成為近年來研究熱點(diǎn)。 本文介紹一種單振子雙腔并聯(lián)無閥壓電微泵的結(jié)構(gòu)及其工作原理，并分析和研究它的性能。首先根據(jù)彈性薄板小撓度彎曲理論和壓電學(xué)的相關(guān)理論建

2、立復(fù)合雙壓電層壓電振子理論模型，使用能量法，推導(dǎo)出在固支邊界條件下，復(fù)合雙壓電層壓電振子的靜態(tài)變形計(jì)算公式，以及復(fù)合雙壓電層壓電振子的固有頻率，然后從擴(kuò)散管/收縮管中流體的流動(dòng)狀態(tài)、沿程阻力及局部阻力等流體動(dòng)力學(xué)的一些基本理論出發(fā)，闡述了無閥微泵的單向出流機(jī)理，給出擴(kuò)散管/收縮管結(jié)構(gòu)的整流效率、溶積效率以及流量的計(jì)算公式。 由于上述解析方程和計(jì)算公式不僅極其復(fù)雜，而且求解非常困難，因此本文采用有限元分析方法。首先用ANSYS軟件

3、，對復(fù)合雙電層壓電振子進(jìn)行壓電—結(jié)構(gòu)耦合分析，分析影響復(fù)合雙壓電層壓電振子性能的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后再使用FLUENT軟件，對擴(kuò)散管/收縮管結(jié)構(gòu)的管內(nèi)流場進(jìn)行分析，得出影響擴(kuò)散管/收縮管結(jié)構(gòu)性能的參數(shù)，為擴(kuò)散管/收縮管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。 綜合對單振子雙腔并聯(lián)無閥壓電微泵泵腔各結(jié)構(gòu)單元的分析結(jié)果，選擇一組優(yōu)化參數(shù)建立單振子雙腔并聯(lián)無閥壓電微泵的二維全模型，利用ANSYS中專門用于流固多物理場耦合分析的模塊FSI，對單振子雙腔并聯(lián)無