存在氣泡和氣穴時無閥微泵動態(tài)特性研究.pdf

1、收縮管/擴張管型無閥壓電微泵可以實現微小流量流體的精確輸運，是微流控系統(tǒng)的重要組成部分。由于具有體積小、結構簡單和響應速度快等優(yōu)點，無閥壓電微泵在微機電系統(tǒng)、醫(yī)療器械和生化工程等領域具有越來越廣闊的應用前景。但是當無閥微泵中出現氣泡和氣穴時，無閥微泵的工作性能和使用壽命大大降低，甚至無法正常工作，這已經成為無閥微泵的一個難題。因此本課題研究存在氣泡和氣穴時無閥微泵的動態(tài)特性是十分必要的。
　　利用流體力學基本理論以及液體中氣泡和氣

2、穴產生機理建立了存在氣泡和氣穴時無閥微泵動態(tài)數學模型。同時基于液體中氣體的溶解和析出物理過程，提出了氣泡和氣穴體積計算數學模型。此外基于錐管的特點，分別給出了收縮管和擴張管的流量方程和阻力系數計算表達式。
　　利用等徑液壓直管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)壓力脈動過程，對氣泡和氣穴數學模型進行驗證。建立了壓力脈動過程中存在氣泡和氣穴時管路瞬態(tài)數學模型，包括基本方程和摩擦阻力項。采用有限差分法對液壓管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)過程進行仿真。

3、利用兩個壓電式壓力傳感器記錄所在位置的瞬態(tài)壓力脈動值，并采用高速攝像機拍攝氣泡和氣穴產生及破滅過程，從而驗證氣泡和氣穴數學模型的正確性。
　　采用遺傳算法(Genetic Algorithms,GAs)，利用管路瞬態(tài)仿真及試驗結果對氣泡模型中三個未知參數即初始氣泡體積Vib、氣體溶解時間常數τin和氣體析出時間常數τout進行參數辨識。
　　基于無閥微泵動態(tài)數學模型，在同時考慮氣穴產生和破滅過程以及氣泡溶解和析出過程的情況下

4、，對存在氣泡和氣穴時微泵動態(tài)特性進行了仿真研究。分析了不同錐管尺寸、不同泵腔尺寸、不同振動幅值和頻率以及不同初始氣泡體積對存在氣泡和氣穴時微泵動態(tài)特性的影響，包括泵腔壓力、出口流量、出口累積流量、氣穴體積和氣泡體積的變化。采用有限元分析方法分析了振動薄膜的特性，包括薄膜最大體積變形量、薄膜剛度和最佳工作頻率。
　　對收縮管/擴張管型無閥壓電微泵進行了試驗研究，包括微泵性能測試、泵腔壓力脈動動態(tài)測試和泵腔中氣泡的觀測等，并提出了修正