微流動系統(tǒng)作為微電子機械系統(tǒng)的一個重要領(lǐng)域，在醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)控、化學分析及生物工程中有巨大的市場前景。本論文對熱驅(qū)動微型泵的豐要部件(驅(qū)動膜片和懸臂梁式微型閥)及微型泵的整體性能進行了較系統(tǒng)的理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究。 對驅(qū)動膜片的溫度響應和振動特性進行了分析和模擬，得到了膜片的溫度和振動的頻率特性及隨功率的變化。基于驅(qū)動膜片的溫度響應和力的尺寸效應闡明了熱驅(qū)動方式在微細尺度領(lǐng)域的可行性和優(yōu)點。對膜片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化分析。鋁膜形狀取為圓形比環(huán)形有利于得到更大的泵腔變形容積；減薄硅膜厚度和增加鋁膜的厚度也能增大泵腔容積變化量；加熱區(qū)域位于膜片中央也比位于膜片外圍有利于膜片產(chǎn)生更大變形。在此基礎(chǔ)上提出了膜片的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。 對懸臂梁式微型閥的啟動、靜態(tài)和動態(tài)過流特性進行了分析和模擬。得到了微型閥的啟動壓力和靜態(tài)下閥的流量與壓差的關(guān)系以及閥片的幾何尺寸對閥的流量的影響。分析表明本文中的微型閥的固有頻率比熱驅(qū)動微型泵的工作頻率高得多，因此閥片的動態(tài)特性可不予考慮。 通過數(shù)值模擬得到了泵的頻率特性。泵的流量隨加熱頻率變化有個峰值。在本文給定條件下，當頻率為3.3Hz時，泵的流量達到最大(26.96μl／min)。在此基礎(chǔ)上提出了泵的最佳工作頻率范圍。模擬了流量隨進出口壓差和加熱功率的變化，當輸入功率為1.0W時，零流量時的壓頭可達約64kPa。對膜片內(nèi)有預應力存在和沒有預應力時流量隨加熱功率的變化進行了比較，功率較低時，沒有預應力存在時流量較大；而隨著功率的增大，有預應力存在的泵的流量迅速增大并能大于沒有預應力時的流量。此外，有預應力存在時，在一段功率范圍內(nèi)(如1.2-1.8W)，泵的流量與輸入功率比最大。 對泵及其主要部件進行了實驗和測試。用熱像儀對驅(qū)動膜片的溫度響應進行了測試，得到了不同加熱功率和頻率條件下膜片的溫度響應曲線。用投影散斑數(shù)字相關(guān)方法對驅(qū)動膜片的振動進行了測試，得到了不同加熱
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：1999
【中圖分類】：TH38
【部分圖文】：

微型閥工藝流程(7s1
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本文編號：2858571