基于二維簡(jiǎn)正模式MEMS超聲分離器的設(shè)計(jì)與流場(chǎng)仿真研究.pdf

1、流體中的聲場(chǎng)會(huì)對(duì)聲速和密度不同于流體的懸浮顆粒產(chǎn)生輻射力，控制流體中的輻射力分布能使顆粒移動(dòng)到特定位囂，因此超聲波可以作為一種物理方法來(lái)分離流體中的懸浮顆粒。由于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，很多常規(guī)的分離方法和設(shè)備受到了各種的限制，麗超聲分離方法卻由于非接觸、遙操控分離的特點(diǎn)，在微流體中具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值，受到越來(lái)越多人們的關(guān)注。 MEMS超聲分離器是利用超聲輻射力來(lái)控制和移動(dòng)微流體中懸浮顆粒從而實(shí)現(xiàn)流粒分離的裝置，可

2、以直接應(yīng)用在各種經(jīng)流型的分離過(guò)程中。本文根據(jù)微分離器的多層諧振結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合聲輻射力相關(guān)理論和封閉腔體的簡(jiǎn)正波理論，設(shè)計(jì)了一種基于二維簡(jiǎn)正模式的MEMS超聲分離器，并對(duì)其進(jìn)行了仿真優(yōu)化。主要內(nèi)容為： 1．根據(jù)聲輻射力的產(chǎn)生帆理及流體中懸浮顆粒所受聲輻射力，研究了利用平面駐波分離流體中懸浮顆粒的理論方法。介紹了微分離器的多層諧振結(jié)構(gòu)模型和超聲波在多層介質(zhì)中傳播的情況，利用聲電類比分析了微分離器的聲電等效電路，并研究了基于平面駐波模

3、式的MEMS超聲分離器特點(diǎn)。 2．研究了微分離腔體的簡(jiǎn)正振動(dòng)模式，分析了微分離腔簡(jiǎn)正模式下顆粒的匯聚特性；結(jié)合典型的多層諧振結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計(jì)了基于二維簡(jiǎn)正模式的MEMS超聲分離器的具體結(jié)構(gòu)，并研究了微分離器二維簡(jiǎn)正模式的激發(fā)問(wèn)題，提出了一種雙壓電片串聯(lián)反相激發(fā)的結(jié)構(gòu)模型；利用ANSYS軟件對(duì)微分離器的橫截面進(jìn)行了聲場(chǎng)仿真，證明了微分離腔中二維簡(jiǎn)正模式的聲輻射力作用效果，并對(duì)比了不同激發(fā)方式和邊壁條件下微分離腔中聲場(chǎng)分布的變化。