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1、简述微泵的构造预设和有限元解析这种泵的优点在于：首先，实现了流体流动的平稳性。通常情况下，微泵在一个工作周期中，有半个周期处于吸入模式，半个周期处于压出模式，只能够使流体脉动地传送出去，而这种泵由于设计成 2 个腔，可交替地传送流体，这样，可保证始终有一个泵腔压出流体，从而使流体能够被较平稳地传送出去。其次，提高了微泵的效率。通常压电薄膜驱动的微泵只有一个泵腔，属于单压电薄膜驱动，而此泵具有 2 个泵腔，并且上面的泵腔实现了双压电薄膜驱动，使泵腔体积变化的幅度提高很多，2 个泵腔交替的输出流体，增加了流量输出，从而大大地提高了驱动的效率。微阀门设计的合理性是影响微泵使用寿命的一个主要因素。基于
2、通常所使用的阀门易磨损，开启困难等缺陷，本文设计了一种新型的阀门结构，如所示。其出、入口微阀门均由两层单晶硅微结构芯片叠合而成。以入口阀门为例，上面一层是阀片结构，下面一层是环形阀座结构。由于单晶硅材料力学性能好，抗疲劳性能优良，因此微阀门选用（100）晶面的双面抛光单晶硅片，采用体硅微机械加工技术制作，其横向尺寸小，单向性能好，实现工艺简单。这种阀的工作原理是：当阀座一侧的压力较低时，微阀门处于截止状态，流体不能通过：当阀座一侧的压力较高时，微阀门处于导通状态，流体压力作用于活塞，从而将弹性梁向上弯曲，流体在压力作用下由阀座一侧端口流向阀片一侧端口。微阀门结构设计 4 微泵流体的有限元分析在
3、流体分析中，由于泵膜与流体相互作用，所以要应用 ANSYS 中的流固耦合分析功能。微泵流体分析的有限元模型为压电驱动，最上层为压电片，驱动电压为 50V，驱动频率为 4000Hz，厚度为 10m，中层为泵膜，材料为硅，厚度为 5m，最下层为泵腔，腔内充满流体，泵腔的高度为500m.本文使用的分析算法是 ANSYS 耦合场分析中的序贯弱耦合分析算法，如所示。这种算法使用物理环境的方法，即将膜片分析的结果作为流体分析的载荷，然后再将流体分析的结果作为膜片分析的载荷，如此往复循环，直到结果在收敛误差范围内为止。进行微泵流体有限元分析的步骤是：（1）定义流体单元类型为 FLUID141单元，膜片的单元
4、类型为 PLANE42 单元，定义单元属性，建立流体有限元模型，划分网格；（2）流固交界面进行分析，指定流体表面载荷；（3）立膜片有限元模型，划分网格；（4）行流固交界面分析，指定膜片表面载荷；（5）开始进行 FSI 分析，指定时间步长，流固分析的顺序，应先进行固体分析，再进行流体分析，然后开始求解；（6）进入后处理器，绘出速度与压力图。压力分析微泵的压力也是其性能的一个重要参数，应用ANSYS 程序中的流固耦合分析功能可对微泵的瞬态压力进行模拟分析。本文对出口处压力进行瞬态分析，取下面泵腔出口处压力进行分析，取时间为 0.001s，得压力瞬态分析曲线图如所示，其横坐标表示时间，纵坐标表示出口流体压力。压力瞬态分析曲线图对微泵的流量和压力进行有限元分析，能更加全面地认识微泵系统的流体特性，从而从整体上对微泵系统进行分析。通过以上讨论，得出如下结论：提出一种双腔微泵的设计方案，该泵所设计的双腔结构可使其输出流量更为平稳，并且提高其工作效率。对微泵的流量和压力进行有限元分析，可以节省大量的实验花费，缩短设计周期，模拟出流速和压力的变化，从而较为全面地认识微泵系统的流体特性。
