新型壓電驅(qū)動(dòng)微流體混合器的理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微流體混合器是微流體系統(tǒng)中的重要器件之一。目前，國(guó)內(nèi)外己報(bào)道了許多基于不同原理、類型各異的微流體混合器。這些混合器大致可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。它們雖可在一定程度上提高微流體的混合效果，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需較長(zhǎng)的混合通道和時(shí)間等缺陷。論文針對(duì)微觀下流體混合的機(jī)理，將壓電微懸臂梁集成到微流體的混合通道中，利用其在交變電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的周期性的、往復(fù)式擺動(dòng)在兩流體的分界面上對(duì)微通道中處于層流狀態(tài)的流場(chǎng)進(jìn)行橫向的、直接的干擾，以期進(jìn)一步增強(qiáng)流體混

2、合的效果，設(shè)計(jì)并制作了一種壓電驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)式微流體混合器。 論文首先從理論上分析了懸臂梁靜止和擺動(dòng)時(shí)混合通道內(nèi)流場(chǎng)的形態(tài)，并就壓電懸臂梁在電場(chǎng)作用下的橫向位移及微納米尺度下電極層對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的影響等進(jìn)行了研究。接著，論文基于受迫阻尼振動(dòng)理論建立了浸沒(méi)于粘性流體中的壓電懸臂梁在交變電場(chǎng)作用、工作在非共振狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，并在一定程度上驗(yàn)證了其正確性。 論文還采用數(shù)值仿真方法對(duì)新型壓電驅(qū)動(dòng)微流體混合器的結(jié)構(gòu)尺寸和混合性能在不同

3、結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)下進(jìn)行了仿真和優(yōu)化，確定了新型混合器的最佳結(jié)構(gòu)形式，最后通過(guò)MicroPIV和熒光測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究了新型混合器混合通道內(nèi)的流場(chǎng)在懸臂梁靜止和擺動(dòng)時(shí)的變化及混合器的混合性能，并得出了與仿真一致的結(jié)論：在混合通道內(nèi)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)為7.12，懸臂梁擺動(dòng)頻率200Hz，施加電壓60V的實(shí)驗(yàn)條件下，新型混合器可獲得僅1mm左右的最小混合長(zhǎng)度。就作者所知，這比目前現(xiàn)有的同類混合器的性能要好得多。同時(shí)，新型混合器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作簡(jiǎn)