發(fā)布時間：2021-03-06 16:15

　　作為一種新型主動微混合方式,無閥壓電泵脈動驅動微混合在微流控系統(tǒng)中的研究和應用受到國內外學者的關注,對其開展相關研究不僅具有重要的學術研究意義,而且在芯片集成和全微分析（μ-TAS）等領域均具有重要的應用價值。本文提出并設計了一種無閥壓電泵驅動的集成式微混合器,將驅動源無閥壓電泵和Y型微混合流道集成于PDMS基板上,集成式微混合器采用脈動驅動的工作方式,實現對含有粒子溶液的精密輸送和可控混合,具體研究內容如下:基于經典擴張/收縮口無閥泵,提出一種新型變高度障礙式無閥壓電泵,對泵進行流動特性分析,在理論上證明了新型無閥泵的可行性;利用有限元分析法、等效電路模型以及樣機實驗測試法對新型無閥泵的結構參數進行系統(tǒng)性分析和研究;確定了新型無閥泵的最佳結構參數:障礙式角度為15°、最小間距為0.14mm、泵腔深度為0.15mm、流道高度比為5;樣機實驗結果表明,在電壓70V、驅動頻率為270Hz,泵流量達到0.87ml/min,輸出壓力達到0.3kPa。本文分析了微流動的多種影響因素,并根據無閥泵和微混合器的設計及制作情況,重點考察壁面滑移對溶液流動和混合的影響;基于壁面滑移效應,利用有限元分析法... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：93 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 無閥壓電泵概述
        1.2.1 壓電效應
        1.2.2 無閥壓電泵簡介
        1.2.3 無閥壓電泵的研究現狀
    1.3 微混合器的研究現狀
        1.3.1 被動微混合器
        1.3.2 主動微混合器
    1.4 無閥壓電泵驅動形式在微混合中的優(yōu)勢和存在的問題
        1.4.1 無閥壓電泵驅動形式在微混合中的優(yōu)勢
        1.4.2 無閥壓電泵驅動形式存在的問題
    1.5 本文的研究意義及主要研究內容
第2章 新型無閥壓電泵的結構設計和制作
    2.1 無閥壓電泵理論基礎
        2.1.1 流道阻力
        2.1.2 無閥泵流量分析
    2.2 變高度、障礙式無閥泵的提出
        2.2.1 新型無閥泵的結構設計
        2.2.2 新型無閥泵的工作機理
        2.2.3 新型無閥泵的流動特性分析
    2.3 障礙式無閥泵的流體仿真分析
        2.3.1 仿真模型的建立
        2.3.2 不同三角形障礙角度對泵流量的影響
        2.3.3 最小間距對泵流量的影響
        2.3.4 泵腔深度對泵流量的影響
    2.4 障礙式無閥泵的等效電路模型
        2.4.1 電液類比原則
        2.4.2 等效電路模型的建立
        2.4.3 無閥泵等效電路模型建立
    2.5 障礙式無閥泵的樣機制作及性能試驗
        2.5.1 障礙式無閥泵的樣機制作
        2.5.2 實驗平臺搭建
        2.5.3 流道高度比對泵流量的影響
        2.5.4 無閥泵流量對比實驗
        2.5.5 無閥泵背壓測試
    2.6 本章小結
第3章 基于壁面滑移的微混合流道的流體仿真及參數優(yōu)化
    3.1 微流動的影響因素
        3.1.1 壁面滑移效應
        3.1.2 氣泡
        3.1.3 壁面粗糙度
        3.1.4 液體極性
        3.1.5 尺度效應
        3.1.6 表面（界面）力
    3.2 微混合機理
        3.2.1 微混合的理論基礎
        3.2.2 混合度評價標準
    3.3 微混合流道的數值模型
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 壁面滑移參數設定
        3.3.3 網格劃分
        3.3.4 邊界條件設定
    3.4 微混合流道結構和控制參數的優(yōu)化
        3.4.1 微流道不同寬度對混合效果的影響仿真分析
        3.4.2 微流道不同角度對混合效果的影響仿真分析
        3.4.3 微泵頻率對混合效果的影響仿真分析
        3.4.4 入口流量對混合效果的影響仿真分析
    3.5 壁面滑移效應對流體混合的影響分析
        3.5.1 考察壁面滑移效應的必要性
        3.5.2 壁面滑移現象對流體流動的影響分析
    3.6 本章小結
第4章 集成式微混合器的設計和樣機制作
    4.1 集成式微混合器的結構設計
    4.2 微混合器的樣機制作
        4.2.1 微混合器的制作材料
        4.2.2 微混合器樣機制作流程
        4.2.3 PMMA陽模制作
        4.2.4 PDMS基板制作
    4.3 微混合器封裝
        4.3.1 無閥泵裝配
        4.3.2 鍵合封裝
    4.4 本章小結
第5章 集成式微混合器的實驗研究
    5.1 脈動現象的實驗驗證
        5.1.1 實驗平臺搭建
        5.1.2 實驗方法
        5.1.3 脈動實驗驗證
    5.2 熒光粒子混合實驗
        5.2.1 實驗準備
        5.2.2 灰度值
        5.2.3 無閥壓電泵的驅動頻率對熒光粒子溶液的混合影響
        5.2.4 壁面滑移
    5.3 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 未來研究展望
參考文獻
作者簡介及學術成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]壁面滑移條件下微尺度通道內兩相流數值模擬[J]. 王琳琳,李澤.  西安文理學院學報(自然科學版). 2016(03)
[2]微混合器的研究現狀[J]. 姜楓,劉國君,楊志剛,王騰飛,唐春秀,梁實海.  微納電子技術. 2016(03)
[3]壁面滑移對微管擠出成型的影響分析[J]. 肖兵,鄧小珍.  塑料工業(yè). 2015(12)
[4]內置周期擋板的T-型微混合器[J]. 何秀華,顏杰,王巖.  光學精密工程. 2015(10)
[5]微反應器流道內單氣泡逸出動力學模擬[J]. 季煒,周吉,吳太軍.  節(jié)能技術. 2015(04)
[6]Y型雙入-雙出水流道無閥壓電泵研究[J]. 王洪臣,楊利,張立敏,王桂文,董景石.  科技導報. 2015(11)
[7]圓弧形流管無閥壓電泵的工作原理及試驗[J]. 唐娟,張建輝,張泉,馮會奎.  振動.測試與診斷. 2015(02)
[8]主動式交變電場電滲微混合通道數值模擬[J]. 張磊,劉瑩.  微納電子技術. 2014(12)
[9]基于Navier滑移模型的聚合物擠出成型有限元模擬[J]. 秦升學,王艷立,許星明,劉杰.  青島科技大學學報(自然科學版). 2014(05)
[10]基于PMMA的微泵研制[J]. 蔣希.  科技展望. 2014(14)

博士論文
[1]微流道內表面效應對流體流動及傳熱特性的影響[D]. 譚德坤.南昌大學 2014
[2]流阻差型無閥壓電泵的原理與試驗研究[D]. 黃俊.南京航空航天大學 2013

碩士論文
[1]基于PDMS的集成式壓電驅動微流體反應器的設計與實驗研究[D]. 趙天.吉林大學 2015
[2]基于軟刻蝕技術的無閥微泵制造工藝研究[D]. 陳鵬.華中科技大學 2014
[3]基于SU-8工藝的微流體檢測通道結構的設計與實現[D]. 郝曉劍.中北大學 2013
[4]微通道流動特性的數值分析[D]. 劉君.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[5]基于數值模擬的三通擴散/收縮管無閥壓電泵設計及性能研究[D]. 楊嵩.江蘇大學 2009



本文編號：3067407