微流體的驅(qū)動與控制是微型全分析系統(tǒng)（Micro total analysis systems,μ-TAS）的關(guān)鍵技術(shù)。利用超聲行波實現(xiàn)微流體驅(qū)動是一種新的微流體驅(qū)動技術(shù),與其他機械與非機械驅(qū)動技術(shù)相比,它不需要壓力室,也不需要微閥,易集成、可靠性高；流量與流向的控制靈活；能夠產(chǎn)生與傳統(tǒng)壓力流不同的流型,用于芯片微流體散熱,接近熱源的流體流速高,可提高熱擴散效率；利于小型化,用于藥物釋放可以植入體內(nèi),對于只有納升用量的給定有獨到的優(yōu)勢。 超聲行波驅(qū)動下的微溝道壁振動及微流體流動情況比較復(fù)雜,影響系統(tǒng)的因素較多。前期研究中,流體驅(qū)動力究竟是以蠕動摩擦力還是以聲流、聲輻射力為主以及各因素的作用邊界一直未有定論,超聲行波驅(qū)動下的微流體形態(tài)以及基于此原理的驅(qū)動裝置研究不足。鑒于此,論文對超聲行波微流體驅(qū)動這種新型的驅(qū)動技術(shù)進行了較全面的研究。研究了不同驅(qū)動模型下的行波產(chǎn)生方法,對超聲行波微流體驅(qū)動中的三種驅(qū)動力：蠕動摩擦力、聲流驅(qū)動力和聲輻射力進行了分析。在此基礎(chǔ)上,針對圓環(huán)模型的流固耦合問題進行了研究,.明確了超聲行波條件下聲流是主要的微流體驅(qū)動因素；設(shè)計了一種H型聲流泵,基于邊界層聲流... 

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
目錄
CONTENTS
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 微流體驅(qū)動技術(shù)的基本分類
        1.2.1 機械式
        1.2.2 非機械式
    1.3 超聲行波相關(guān)驅(qū)動技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 宏觀流體的蠕動傳輸
        1.3.2 擴張/收縮管型壓電微泵
        1.3.3 電滲與行波電滲驅(qū)動
        1.3.4 聲流驅(qū)動
        1.3.5 行波驅(qū)動
    1.4 課題來源
    1.5 研究內(nèi)容
第二章 超聲行波驅(qū)動機理研究
    2.1 引言
    2.2 壓電分析
        2.2.1 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)
        2.2.2 壓電方程
        2.2.3 振動模態(tài)
    2.3 行波產(chǎn)生
        2.3.1 圓環(huán)驅(qū)動模型
        2.3.2 直管驅(qū)動模型
    2.4 蠕動摩擦力
    2.5 聲流驅(qū)動力
    2.6 聲輻射力
        2.6.1 固定聲源
        2.6.2 行波聲場
    2.7 微流場的求解
    2.8 小結(jié)
第三章 圓環(huán)模型的流固耦合分析
    3.1 引言
    3.2 流固耦合數(shù)值分析方法
        3.2.1 有限元分析
        3.2.2 壓電陶瓷有限元模型
        3.2.3 基于ANSYS-CFX的流固耦合分析
    3.3 模型與驅(qū)動機理
        3.3.1 模型
        3.3.2 驅(qū)動原理
    3.4 模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析
        3.4.1 模態(tài)分析
        3.4.2 諧響應(yīng)分析
    3.5 行波分析
    3.6 流場分析
        3.6.1 瞬時速度與平均速度
        3.6.2 驅(qū)動信號對流動的影響
        3.6.3 流體粘度對流動的影響
        3.6.4 耦合面結(jié)構(gòu)對流動的影響
    3.7 小結(jié)
第四章 H型聲流泵的聲流分析
    4.1 引言
    4.2 聲固耦合數(shù)值分析方法
        4.2.1 無衰減有限元聲波方程
        4.2.2 衰減有限元聲波方程
        4.2.3 聲固耦合有限元方程
    4.3 聲流分析方法
        4.3.1 Nyborg力分析法
        4.3.2 直接流分析法
    4.4 聲流泵模型與設(shè)置
    4.5 超聲流微泵的特性分析
        4.5.1 瞬時速度場
        4.5.2 聲流速度場
        4.5.3 出口平均速度與振動位移的關(guān)系
        4.5.4 出口平均速度與驅(qū)動頻率的關(guān)系
        4.5.5 出口平均速度與粘度的關(guān)系
        4.5.6 出口平均速度與背壓的關(guān)系
    4.6 小結(jié)
第五章 反射型聲流泵懸浮微粒驅(qū)動研究
    5.1 引言
    5.2 懸浮微粒的受力
        5.2.1 拖曳力
        5.2.2 重力
        5.2.3 聲泳力
        5.2.4 熱泳力
        5.2.5 流體-微粒耦合作用
    5.3 模型與設(shè)置
        5.3.1 分析模型
        5.3.2 模型設(shè)置
        5.3.3 驅(qū)動機理
    5.4 驅(qū)動效果
        5.4.1 模態(tài)分析
        5.4.2 振動位移
        5.4.3 聲場與瞬時聲強度
        5.4.4 聲流速度
        5.4.5 懸浮微粒驅(qū)動
    5.5 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、申請的專利及參與的科研項目
    發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    申請的專利
    參與的科研項目
致謝
外文論文
學(xué)位論文評閩及答辯情況表


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3716838