PDMS微型蠕动泵性能的有限元分析

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在微流控分析系统中,微流体驱动技术是实现微流体控制的前提和基础,虽然目前用于微流体驱动的微泵有很多种,但要实现芯片上实验室这一目的,首先应该使微泵和微流控器件实现集成化。本文在计算机软件平台上对多层软光刻技术制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)气动微泵进行了研究。该微泵的优点是结构和制作方法简单、复制速度快、造价低、易于和其它微流控器件形成集成化。计算机辅助技术的应用能够大大减少新器件研制的费用和时间,并能保证器件的设计合理。本文的意义在于利用计算机模拟微泵的某些性能使我们对微泵的工作情况有更进一步的了解,从而有利于微泵的优化设计。文章介绍了微泵的种类及其发展,简要介绍了ANSYS作为有限元分析软件在结构、流体和耦合分析上的应用;利用ANSYS软件模拟了PDMS微型蠕动泵的结构,并且根据该软件所提供的结构分析模块对微泵的PDMS气动薄膜进行受力形变分析,得出了二维模型的薄膜在不同压强下的形变程度及压强—形变位移曲线;利用ANSYS软件建立液体通道的三维简化模型,并分析了液体通道形状对微泵性能的影响;用该软件提供的流体分析模块和与其相兼容的结构分析模块,运用物理环境耦合的分析方法,在固定频率下运用二维简化模型分别模拟分析了气体沟道宽度、液体沟道宽度、压强大小及液体沟道深度对PDMS微型蠕动泵流速的影响,并且得出压强—流速收敛曲线和液体沟道深度—流速曲线。
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