无移动零件小型泵的预设和PIV技能的流动监测
微泵流量特性理论分析微泵进出阀口为特殊管道结构,如所示,该双环形管道具有特殊流动特性。从A流向B为正流,从B流向A为反流。不可压流体在管道流动时,压力损失有如下关系:正流,反流压力损失分别为$pd=12EdQv2d(1)$po=12EoQv2o(2)其中:pd为正流压力损失;Ed为正流压力损失系数;vd为正流速率;Q为工作液体密度。po为反流压力损失;Eo为反流压力损失系数;vo为反流速率。由于驱动力作用,泵腔体体积发生周期性变化,设腔体体积瞬时值为Vt=V0sinXt+Vi(5)其中:Vi为腔体原始体积;Vo为体积变化幅值;X为驱动力频率表达项;周期T=2PX.
微管道、微泵二维数值模拟,微管道二维数值模拟利用Fluent商业软件,对Tesla阀管道进行二维数值模拟。为正反流Tesla管道的迹线图。可以看出,反流的管道产生更多涡结构。是不同进出口压力差下正流反流的流量比较图,可以看出,随着正反流管道两端压力差的增大,正反流流量特性的差异也变大。是不同Re数下正流反流的进出口压差特性比较,可以看出随着Re数变大,正反压力差差距也变大,体现出特殊管道的性质。
不同管道结构微泵二维数值模拟利用流体分离特性,进一步研究了在微泵中起单向阀作用的几种管道的特性,并且对管道进行优选。是不同泵腔进出口连接管道的结构示意图。在同样激励条件下,无移动部件微泵的设计、制造及基于微PIV技术的流动测量。给出相同驱动情况下8种微泵二维数值模拟结果。横轴为泵工作时间,纵轴为流量。其中负值流量表示流体流出微泵。在一个周期中,出口流量平均值都为负值,表明几种管道的微泵都可以实现工作原理。根据数值模拟结果,出、入口带楔形管的微泵也是本类型微泵,参(g)、(h),可输运液体。
首先在硅片上图形化一层150mm厚的SU-8胶,形成模具,1;将PDMS倒在SU-8上并加热使之凝固,揭下PDMS层;在另外一块硅片上甩一层PDMS的薄膜,将薄膜覆盖到之前的PDMS上,形成泵腔和管道。工艺条件:采用日本信越公司的KE103,PDMS与凝固剂的体积比为10B1,在室温下放置10h以上完全固化,或是在85e下加热15min以后固化。
实际微泵测试实验采用微PIV粒子成像技术,测量微泵流量及流场性质。实验装置如3.微泵进出口接有毫米量级管道,在上游储有液体。泵驱动采用压点膜片致振。示踪粒子采用直径1Lm荧光粒子,用连续汞灯光源激发荧光粒子发光,高速时使用双脉冲激光器。对捕捉的泵工作状态图像采用互相关算法,计算得到流体速度和泵流量。4为微泵c的10倍物镜拍摄粒子图像;5为微泵c的20倍物镜拍摄粒子图像;6为微泵c出口不同时间下粒子图像。
结论通过实验,微泵工作性能良好。可以通过改变输入信号频率控制流量。实现工作频率在6002000Hz下,微泵流量0.010.1LLPs.用微PIV粒子成像技术测量了微泵流场特性及流量。微泵起单向阀作用的特殊管道部分没有可移动部件,大大延长了泵的使用寿命,便于一体化加工。微泵材料采用PDMS,材料价格低。综合考虑,微泵具有寿命长、可控性好、价格低廉等优点。