基于二維簡正模式MEMS超聲分離器的設計與流場仿真研究.pdf

1、流體中的聲場會對聲速和密度不同于流體的懸浮顆粒產(chǎn)生輻射力，控制流體中的輻射力分布能使顆粒移動到特定位囂，因此超聲波可以作為一種物理方法來分離流體中的懸浮顆粒。由于微機電系統(tǒng)(MEMS)的結構特點，很多常規(guī)的分離方法和設備受到了各種的限制，麗超聲分離方法卻由于非接觸、遙操控分離的特點，在微流體中具有極大的潛在應用價值，受到越來越多人們的關注。 MEMS超聲分離器是利用超聲輻射力來控制和移動微流體中懸浮顆粒從而實現(xiàn)流粒分離的裝置，可

2、以直接應用在各種經(jīng)流型的分離過程中。本文根據(jù)微分離器的多層諧振結構模型，結合聲輻射力相關理論和封閉腔體的簡正波理論，設計了一種基于二維簡正模式的MEMS超聲分離器，并對其進行了仿真優(yōu)化。主要內(nèi)容為： 1．根據(jù)聲輻射力的產(chǎn)生帆理及流體中懸浮顆粒所受聲輻射力，研究了利用平面駐波分離流體中懸浮顆粒的理論方法。介紹了微分離器的多層諧振結構模型和超聲波在多層介質中傳播的情況，利用聲電類比分析了微分離器的聲電等效電路，并研究了基于平面駐波模

3、式的MEMS超聲分離器特點。 2．研究了微分離腔體的簡正振動模式，分析了微分離腔簡正模式下顆粒的匯聚特性；結合典型的多層諧振結構模型，設計了基于二維簡正模式的MEMS超聲分離器的具體結構，并研究了微分離器二維簡正模式的激發(fā)問題，提出了一種雙壓電片串聯(lián)反相激發(fā)的結構模型；利用ANSYS軟件對微分離器的橫截面進行了聲場仿真，證明了微分離腔中二維簡正模式的聲輻射力作用效果，并對比了不同激發(fā)方式和邊壁條件下微分離腔中聲場分布的變化。