阻块式附壁射流无阀压电微泵的瞬态性能研究

发布时间：2023-04-29 05:18

　　压电泵作为微电子机械系统中最常用的核心驱动元件和执行元件,在微量化学分析,高精密喷墨打印,芯片冷却等领域均有广阔的应用前景。传统的扩散收缩管无阀压电微泵虽然避免了有阀结构的先天性缺陷,但也存在输出效率低不能连续出流的缺点,因此研发基于其他工作原理的新型微泵成为近年来研究热点之一。本文提出了一种基于附壁射流理论的阻块式无阀压电微泵,该泵不仅结构简单,有利于微型化和加工,而且可实现大流量出流的目标,容积效率可高到50%以上。本文的主要研究内容和结论如下:1.基于附壁射流理论,首次利用半圆柱与三棱柱构成的阻块诱导射流附壁,从而提出一种可高效大流量出流的无阀压电微泵。在驱动频率(f)25Hz¹25Hz和电压幅值(V)50vpp³00vpp范围内,对不同泵腔大小(Rc),长宽比(L₁/d)以及扩散角(θ)下的微泵性能进行试验研究。结果表明:当频率不变时,净流量随着电压幅值的增加而增加;当V=200vpp时,微泵净流量随着频率的增加先增加后减小,但不同泵腔大小下净流量最优值对应的频率不同;在长宽比4⁸,扩散角3...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微泵
    1.3 压电泵
        1.3.1 压电泵的分类及其工作原理
        1.3.2 无阀压电泵的国内外研究现状
        1.3.3 无阀压电泵的发展趋势
    1.4 本文研究的主要内容
        1.4.1 课题的来源与介绍
        1.4.2 本文主要内容
第二章 无阀压电微泵的基础理论
    2.1 微尺度流动理论
        2.1.1 微尺度流动中的无量纲参数
    2.2 压电振子理论基础
    2.3 阻块式附壁射流无阀压电微泵的理论基础
        2.3.1 附壁射流理论
        2.3.2 工作原理
        2.3.3 净流量与微泵效率计算
    2.4 本章小结
第三章 无阀压电微泵的加工工艺
    3.1 微泵的加工材料
    3.2 硅基微泵的加工工艺
        3.2.1 光刻掩膜版制作
        3.2.2 硅基的光刻与刻蚀
            3.2.2.1 基片清洗
            3.2.2.2 薄膜沉积
            3.2.2.3 光刻胶涂覆
            3.2.2.4 前烘
            3.2.2.5 光刻对准
            3.2.2.6 曝光
            3.2.2.7 显影与后烘
            3.2.2.8 刻蚀
        3.2.3 硅片与玻璃的键合
    3.3 阻块式附壁射流无阀压电微泵的工艺流程
    3.4 本章小结
第四章 阻块式附壁射流无阀压电微泵的试验研究与数值模拟
    4.1 结构设计
    4.2 试验研究
        4.2.1 试验台布置
        4.2.2 试验结果与分析
    4.3 数值模拟
        4.3.1 流动模型的选用
        4.3.2 计算模型及边界条件的设置
        4.3.3 网格无关性分析
        4.3.4 周期与时间步长无关性分析
        4.3.5 模拟方法可靠性分析
    4.4 本章小结
第五章 阻块式附壁射流无阀压电微泵的瞬态性能分析
    5.1 模拟结果与分析
        5.1.1 阻块半径对微泵性能的影响
        5.1.2 扩散角对微泵性能的影响
        5.1.3 劈结构对微泵性能的影响
        5.1.4 雷诺数与驱动频率对微泵性能的影响
        5.1.5 长宽比与进出口流道宽度比对微泵性能的影响
    5.2 响应面法性能分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间研究成果



本文编号：3805245