理论研究了以半球缺群作为无移动部件阀的无阀压电泵的液体输送和混合搅拌功能,针对半球缺群迎流角的变化对该压电泵的泵送性能及混合搅拌效果的影响进行了仿真分析与试验验证。围绕迎流角θ在0°≤θ≤90° 的变化,建立多组有限元模型,模拟了半球缺群迎流角变化引起的速度场、压强差、阻力系数及仿真流量的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,0°≤θ≤45°时,仿真流量随θ的增加而增加;45°<θ≤90°时,仿真流量随θ的增加而减小;θ≈45°时取得最大流量96.13 mL/min。此外,研究显示旋涡的大小及强度具有与仿真流量相同的变化趋势。泵流量试验验证了仿真研究及其结果的正确性: 在θ≈45°时,试验流量达到67.90 mL/min;0°<θ≤360° 时,试验流量与仿真流量的变化趋势一致,并且θ在一个周期的变化中泵流量及旋涡强度出现2次正向最大值和2次反向最大值。本研究为优化无阀压电泵的泵送性能和混合功能奠定了基础。

针对目前微流体混合器多需要外接动力源, 且多数微混合器只能进行液体混合而不能输送液体的问题, 提出将无阀压电泵引入微混合器领域, 并研制了一种集混合与输送于一体的多级“Y”型流管无阀压电泵。首先, 提出了多级“Y”型流管, 进而设计了多级“Y”型流管无阀压电泵, 并分析其工作原理; 然后, 对该无阀压电泵的流管流阻特性及泵流量进行理论分析; 同时, 利用有限元软件对多级“Y”型流管无阀压电泵进行了流场模拟, 结果表明该压电泵具有单向传输作用。最后, 制作了多级“Y”型流管无阀压电泵样机, 并进行了泵流量与背压试验。试验结果显示: 驱动电压峰峰值为100 V, 频率为16 Hz时, 流量达到最大, 为16.2 ml/min; 驱动电压峰峰值为100 V, 频率为14 Hz时, 输出背压最大, 约为64 mm水柱。得到的试验数据证明了多级“Y”型流管无阀压电泵的有效性。

对"Y"形流管无阀压电泵内部流场及泵流量特性进行了模拟及试验研究.采用CFX软件对"Y"形流管无阀压电泵泵腔内的流场特性进行了模拟分析.结果表明:"Y"形流管无阀压电泵工作时泵腔内的压强变化很小,涡旋对流体传输活体细胞及长链大分子基本无影响.实际制作了"Y"形流管无阀压电泵,并通过改变"Y"形流管的几何尺寸,研究了压电泵进出口端压差的变化规律.试验结果表明,压差随支管夹角增大而减小,并且当两支管宽的和接近主管宽时,压差值达到最小,当支管夹角为5°,宽为1.2 mm时,压差达到最大725 Pa.

提出了一种声控无阀压电喷流泵,利用声控电路控制压电泵开启、关闭并控制其喷流状态,实现了无需信号发生器而直接驱动压电泵工作.阐述了声控电路没计结构和工作机理,设计并加工了声控振荡电路和声控开关电路板,并与无阀压电喷流泵匹配进行了系统调试.实验结果表明:压电泵喷流状态随外界声音频率、振幅变化而变化,声音频率越高、振幅越大,压电泵喷流高度增高,出水量增大;当声音频率与压电泵基频产生共振时,压电泵达到最佳喷流效果.