微流體流動特性及其在流量傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、流量是微流體技術(shù)的一個重要參數(shù)，提取、分配、混合微流體時均需對微流體的流量進(jìn)行測量，以保證操作的正確性并實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、提高效率、降低成本等目的。微流量傳感器是實(shí)現(xiàn)微流量測量的主要手段，開展微流體相關(guān)技術(shù)研究、設(shè)計(jì)新的微流量傳感器是現(xiàn)階段微流體技術(shù)的主要任務(wù)和重要內(nèi)容之一。
　　本課題首先研究了動力進(jìn)口段對微流體流動特性的影響。基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，建立了以圓形微通道為微流體流動腔體、以去離子水為流動工質(zhì)的微流體流動數(shù)學(xué)模型，并對其進(jìn)行

2、了數(shù)值模擬，獲得了微流體流速以及圓形微通道特征尺寸變化條件下的圓形微通道內(nèi)微流體速度和壓力的分布。
　　對圓形微通道內(nèi)微流體的速度和壓力分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明動力進(jìn)口段內(nèi)近壁面處的微流體流速逐漸減小為零，而中心線附近的微流體流速隨著流動長度的增加而增加，導(dǎo)致微流體的壓力呈不均勻分布，進(jìn)而影響了該段微流體的流動特性，特別是對流動阻力特性產(chǎn)生了影響?；趯δM結(jié)果的后處理，定性并定量地研究了圓形微通道的動力進(jìn)口段長度以及動力進(jìn)口段內(nèi)

3、微流體發(fā)展造成的附加損失，結(jié)果表明圓形微通道的動力進(jìn)口段長度遠(yuǎn)大于經(jīng)典理論預(yù)測值，動力進(jìn)口段微流體發(fā)展造成的附加損失顯著增加、圓形微通道進(jìn)出口壓降大于經(jīng)典理論預(yù)測值，并給出了圓形微通道動力進(jìn)口段長度和附加損失的計(jì)算式。
　　然后基于研究所得的圓形微通道的動力進(jìn)口段長度及附加損失，設(shè)計(jì)了一種新型微流量傳感器結(jié)構(gòu)。該微流量傳感器以圓形微通道為主體，在圓形微通道的充分發(fā)展段內(nèi)放置兩個相同的壓電微懸臂梁，利用其正壓電效應(yīng)來檢測圓形微通道允

4、分發(fā)展段內(nèi)微流體流動產(chǎn)生的壓降，再根據(jù)圓形微通道充分發(fā)展段內(nèi)兩壓電微懸臂梁所處截面間的微流體壓降與微流體流量的關(guān)系實(shí)現(xiàn)了對微流體流量的測量。通過對微流量傳感器輸入輸出關(guān)系的理論分析，獲得了表征微流量傳感器輸出與微流體流量關(guān)系的理論模型，并設(shè)計(jì)了該微流量傳感器的制作工藝與流程。
　　最后，利用ANSYS定性分析了壓電微懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)對微流量傳感器輸出的影響，并在確定壓電微懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)后對微流量傳感器靈敏度特性進(jìn)行了仿真分析，給出了