新型壓電驅(qū)動微流體混合器的理論及實驗研究.pdf

1、微流體混合器是微流體系統(tǒng)中的重要器件之一。目前，國內(nèi)外己報道了許多基于不同原理、類型各異的微流體混合器。這些混合器大致可分為主動式和被動式兩類。它們雖可在一定程度上提高微流體的混合效果，但存在結(jié)構復雜、需較長的混合通道和時間等缺陷。論文針對微觀下流體混合的機理，將壓電微懸臂梁集成到微流體的混合通道中，利用其在交變電場作用下產(chǎn)生的周期性的、往復式擺動在兩流體的分界面上對微通道中處于層流狀態(tài)的流場進行橫向的、直接的干擾，以期進一步增強流體混

2、合的效果，設計并制作了一種壓電驅(qū)動的主動式微流體混合器。 論文首先從理論上分析了懸臂梁靜止和擺動時混合通道內(nèi)流場的形態(tài)，并就壓電懸臂梁在電場作用下的橫向位移及微納米尺度下電極層對其動態(tài)性能的影響等進行了研究。接著，論文基于受迫阻尼振動理論建立了浸沒于粘性流體中的壓電懸臂梁在交變電場作用、工作在非共振狀態(tài)下的數(shù)學模型，并在一定程度上驗證了其正確性。 論文還采用數(shù)值仿真方法對新型壓電驅(qū)動微流體混合器的結(jié)構尺寸和混合性能在不同

3、結(jié)構和操作參數(shù)下進行了仿真和優(yōu)化，確定了新型混合器的最佳結(jié)構形式，最后通過MicroPIV和熒光測試技術實驗研究了新型混合器混合通道內(nèi)的流場在懸臂梁靜止和擺動時的變化及混合器的混合性能，并得出了與仿真一致的結(jié)論：在混合通道內(nèi)流體流動的雷諾數(shù)為7.12，懸臂梁擺動頻率200Hz，施加電壓60V的實驗條件下，新型混合器可獲得僅1mm左右的最小混合長度。就作者所知，這比目前現(xiàn)有的同類混合器的性能要好得多。同時，新型混合器還具有結(jié)構簡單、制作簡