The Simulation and Optimization of a Piezoelectrically Actuated Valveless Parallel Micropump

摘要

本篇研究為利用數值模擬分析軟體ANSYS探討壓電制動無閥式微泵浦在不同邊界條件及操作條件下的效能變化；其幾何及操作變量包含泵浦的並聯配置、彈性薄膜的厚度、壓電制動器的配置、腔體之幾何外型以及驅動相位角的變化。分析模型包含了流體域及固體域，因此採用雙向流固耦合作為分析方法，藉由流體固體交界面(FSI)做為資訊交換媒介，將固體之變形量傳遞至流體，並將流體域的壓力變化傳遞至固體域，作為彼此之邊界條件後進行迭代運算。 本研究首先探討了無閥式微泵浦的傳統模型與並聯模型之間的效能差異，包括泵浦流量以及可承受之最大背壓；在操作電壓為100V之交流電時，並聯模型的最大流量為3 18(ml/min)，其為傳統模型最大流量的1 64倍，並將泵浦之水動力提升32%；而背壓方面，由於漸擴管/漸縮管的截面積變為兩倍，導致其流量受壓力影響增加，比起傳統模型下降了25%。在薄膜厚度的研究方面，探討了厚度在0 25mm-0 6mm區間內對流量的影響，結果顯示0 35mm時會有最大的流量表現；而雙壓電制動器的配置也成?的提升了流量22%與背壓112 5%的表現，之後將上述之優化條件整合為一並聯模型後，研究不同的驅動相位角對流量、背壓之影響，其結果顯示相位角為 時具有最佳流量及背壓表現，與相位角為 時相比，提升了流量63 56%與背壓22 5%。再比較了腔體內部流線分布後，以增加腔內渦流區範圍及密度為目標，引入仿生魟型腔體結構，提高合成射流現象，增加流量效率30%。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Steven Hsin-Yi Lai (Supervisor)