压电式无阀微泵振动分析及流场数值计算

摘要

本文初步建立扩散/收缩流道结构的数学模型，讨论了结构参数的选取原则及相应的流动阻尼系数的计算方法。通过ANSYS/FLOTRAN CFD模块对扩散/收缩流道进行有限元分析，得出流道内流体的速度和压力分布情况，以及结构参数变化对流道内流体流动情况的影响曲线；建立了压电驱动微泵膜片的有限元分析模型，采用直接耦合法模拟分析了微泵膜片在压电层驱动下产生的形变和速度变化，得出了膜片厚度、形状和压电驱动电压对微泵膜片形变的影响曲线，并对压电驱动微泵膜片进行了模态分析，计算出微泵膜片的固有频率；应用ANSYS有限元流固间接耦合分析建立无阀微泵三维流场模型，得出泵腔内压力云图和速度矢量图，从而较为全面的认识了无阀微泵系统的流动特性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2微流体系统概述

1.3微泵技术简介

1.3.1微泵模型简介

1.3.2微泵技术发展概况

1.4微流体系统存在的问题及发展趋势

1.5本文的主要研究工作

第2章ANSYS软件基础

2.1引言

2.2 ANSYS的功能、特点及构成

2.2.1 ANSYS的功能

2.2.2 ANSYS的技术特点

2.2.3ANSYS的构成

2.3参数化设计语言(APDL)简介

2.3.1参数化设计语言(APDL)概念

2.3.2 APDL语言的特点

2.4本章小结

第3章无阀微泵扩散管/收缩管分析

3.1引言

3.2扩散管/收缩管流动特性分析

3.2.1扩散管/收缩管压力分布

3.2.2扩散管/收缩管流动阻力系数

3.2.3扩散管/收缩管基本流动方程

3.3扩散管/收缩管有限元仿真

3.3.1有限元建模及网格划分

3.3.2 ANSYS后处理分析

3.3.3扩散管/收缩管仿真结果分析

3.4本章小结

第4章压电微泵泵膜分析

4.1引言

4.2压电效应及压电材料

4.2.1压电效应

4.2.2压电材料

4.2.3压电方程

4.3微泵压电复合膜片理论分析

4.3.1压电复合膜片机电耦合力学模型

4.3.2压电复合膜片的弹性曲面微分方程

4.3.3逆压电效应产生的等效横向载荷qE

4.3.4压电复合膜片中性面位置的确定

4.4泵膜有限元分析

4.4.1有限元建模及网格划分

4.4.2 ANSYS后处理分析

4.4.3泵膜有限元仿真结果分析

4.5本章小结

第5章无阀微泵泵腔流场分析

5.1引言

5.2无阀微泵理论分析

5.3.1无阀微泵的工作原理

5.2.2无阀微泵的流量理论分析

5.3无阀微泵泵腔流场有限元分析

5.3.1有限元建模及网格划分

5.3.2 ANSYS后处理分析

5.3.3泵腔流场有限元仿真结果分析

5.4本章小结

结论

附录：本课题中所用材料属性

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介