COMSOL 5.5模拟无阀微泵机理分析

"COMSOL Multiphysics 5.5_微泵机理.pdf" 本文将深入探讨使用COMSOL Multiphysics 5.5版本模拟微泵机理的细节。微泵是微流体系统的核心组成部分，它们在生物流体处理、微电子冷却等众多领域发挥着关键作用。在低雷诺数条件下，无阀微泵因其低阻塞风险和对生物材料的保护而备受青睐。本模型特别关注无阀微泵的设计，它通过流-固耦合分析流体流动与结构变形之间的相互作用。 首先，介绍模型背景。在低雷诺数情况下，许多无阀泵设计难以维持单向流动，因为缺乏阀门导致难以克服流体动力阻力。然而，本模型采用了一种创新方法，通过将往复运动转换为定向净流，来解决这个问题。这种机制利用了压电振荡器驱动的膜振动，周期性地改变微室体积，进而产生振荡流。这些振荡流进入含有可弯曲阀瓣的通道，阀瓣在流体动力作用下变形，改变流体流向，实现单向流动。这种设计无需复杂的阀门系统，简化了微流体系统的构造。 COMSOL Multiphysics 5.5中的“流-固耦合”接口被用来模拟输入的振荡流和阀瓣的力学特性。该接口允许分析在两个完整的泵送周期内，阀瓣的变形和流体流动随时间的演变，通过动画展示单向流的形成过程。同时，“全局常微分和微分代数方程”接口则用于计算从左至右的净流体积随时间的变化，进一步理解泵的性能。 模型的几何结构包含一个长600微米、高100微米的水平通道，其中心位置设有结构。这种设计使得流体在通道内经历特定的流动模式，而阀瓣的动态响应则是关键因素。通过使用COMSOL的“数学接口”来指定定制方程，可以增强模型的功能，并将用户自定义的物理过程轻松整合进仿真中。 这个案例展示了如何利用COMSOL Multiphysics 5.5的强大功能，进行微流体系统的精细化建模，特别是在微泵设计中的应用。通过这种方式，工程师和研究人员能够更准确地预测和优化微泵的性能，为微流体技术的进步提供了强大的工具。