无阀压电微流体泵工作特性和结构参数.pdf

学兔兔 第44卷第11期 机 械 工 程 学 报 vol-44No．11 2008年 11月 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERNI G Nov． 2008 DoI：lO．3901，JME．2008．11．121 无阀压电微流体泵工作特性与结构参数木 鲁立君 吴健康2 (1．华中科技大学土木工程与力学学院 武汉 430074； 2．武汉光电国家实验室 武汉 430074) 摘要：根据平面无阀压电微流体泵的结构特点，采用厚度平均的浅水模型和有限元法，得到微流体泵液体一振动片耦合方程。 耦合方程的模态分析给出硅片一阶模态 自然频率和振型，以及硅片振幅一频率关系。在模态分析之后，加入压电力考察振动 片响应、微泵流动特征和微泵流量。同时研究微泵结构参数(微泵压电片半径、扩散管长度、最小宽度、扩散张角)对微流体 泵液一固耦合系统的自然频率、振动片振幅和微泵流量的影响，得出对微流体泵优化设计有重要意义的结果。 关键词：压电微流体泵 浅水方程模型 液体一振动片耦合方程 中图分类号：TG156 W orkingBehaviorandStructureParameterofValveless PiezoelectricM icropumps LULijun WUJiankang (1．SchoolofCivilEngineering&Mechanics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074； 2．WuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics，Wuhan430074) Abstract：Basedonthecharacteristicofplanra valvelesspiezoelectricmicropumpsthickness-averagedshallow watermodeland finiteelementmehtodraeemployedtodevelop aliquid·di~hragm coupledequation ofthemicropump．Themodeanalysisof coupledequation iscarriedoutforhtefirst-ordernaturalfrequency,vibrationshapeandtheamplitude·frequencyrelationofhte silicondiaphram．Aftermodeanalysis，piezoelectricforceisimposedtoinvestigatediaphragm response，flow behaviorandflow rate ofmicropump．Theeffectsofhtestructurepraameters(thelength，hteminimumwidthandthediffusenagleofthemicro-diffuser, nadtheradiusofpiezoelectricpatch)onthenaturalrfequencyofliquid-solidcoupledsystem，thediaphramg ampliutdeandtheflow rateofhtemi cropumpsraestudied．Significnatresultsareobtainedofroptimaldesing ofthemicropmu ps． Keywords：Piezoelectricmicropumps Shallow waterequationmodel Liquid—diaphragm coupledequation