导　　师： 刘世炳

学科专业： G0207

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 北京工业大学

摘　　要： 微电子机械系统(mems)的飞速发展令世人瞩目，而微流动系统作为mems技术研究的一个主要方向，已展示了其广阔的市场应用前景。微泵是微流动系统的重要执行器件，是微流动系统发展水平的重要标志，目前已研制出多种类型的微型泵，而其中又以无阀型微泵因其结构简单等优点成为近年来的研究热点。 本文提出并介绍了一种收缩/扩张型无阀微泵的结构设计及其工作原理。基于流体力学和薄板弯曲理论建立了收缩/扩张型无阀微泵的流体——振膜耦合物理模型，得到了振膜形变的偏微分方程，以及收缩/扩张型无阀微泵的平均流量表达式。然而求解上述解析方程不仅极其复杂，而且需要大量的计算资源，因此我们采用有限元分析方法，选用ansys软件进行了cfd(计算流体力学)模拟。首先，对收缩/扩张型无阀微泵泵腔结构中的最关键部分——收缩/扩张微流道进行了仿真计算，研究了雷诺数、微流道扩张角度、微流道长度与最小特征宽度之比等各个参数对微流道整流效率的影响；根据微流道部分的计算结果，综合考虑各个参数的交叉影响，初步建立了收缩/扩张型无阀微泵的全模型，对泵腔的弯道效应及缓冲腔耦合效应进行了仿真分析；综合对泵腔各结构单元的分析结果，选择一组优化参数建立了二维收缩/扩张型无阀微泵全模型，并对单面驱动方式和双面驱动方式的泵送性能进行了比较计算；然后，利用该模型对微泵在一个工作周期内的泵送过程进行了瞬态仿真，直观地显示了各个时刻泵腔内的流场构形和速度分布；最后，建立了收缩/扩张型无阀微泵的三维立体模型，对三维模型的泵送量进行了模拟计算。本文的结果为无阀微泵的结构设计和参数优化提供了直接的理论基础和实际的指导作用。

关 键 词： 无阀微泵 流体动力学 数值模拟 泵腔结构设计 振膜耦合

领　　域： [一般工业技术] [机械工程]