شبیه‌سازی عددی یک میکروپمپ بر مبنای محرک پیزوالکتریک
علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
مقاله 1 ، دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 37 ، شهریور 1403، صفحه 1-14 1.76 M )
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.80610.1158 نویسندگان
علی نبی فر خفری ؛ مرتضی بیاره*
چکیده مقاله حاضر به بررسی یک میکروپمپ سه‌بعدی بر مبنای محرک پیزوالکتریک می‌پردازد. برای شبیه‌سازی عملکرد میکروپمپ از نرم‌افزار کامسول نسخه 6/5 استفاده شده است. در ابتدا میکروپمپی به عنوان مبنا تعریف می‌شود که در فرکانس 60 هرتز و ولتاژ 1500 ولت کار می‌کند که قادر به پمپاژ بیشینه دبی 038/0 میلی‌لیتر بر ثانیه است. سپس به بررسی تأثیر فرکانس، ولتاژ، مکان محوری ورودی و خروجی میکروپمپ، ابعاد محرک پیزوالکتریک و غشاء و تغییرشکل محرک از استوانه‌ای به مستطیلی شکل بر دبی خروجی سیال موردنظر و حجم سیال پمپ شده پرداخته می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که تغییر فرکانس، ولتاژ، ابعاد محرک پیزوالکتریک و غشاء، تأثیر مستقیم بر دبی خروجی و حجم سیال پمپ شده دارد؛ به طوری که با افزایش هر یک از این پارامترها، دبی خروجی سیال و حجم سیال پمپ شده افزایش پیدا می‌کند. دبی خروجی میکروپمپ در فرکانس 100 و 20 هرتز به‌ترتیب برابر 065/0 و 011/0 میلی‌لیتر بر ثانیه به دست می‌آ‌ید. با افزایش ولتاژ از 1500 به 1875 ولت، دبی خروجی میکروپمپ به مقدار 047/0 میلی‌لیتر بر ثانیه افزایش می‌یابد. نتایج بیانگر آن است که محرک پیزوالکتریک مستطیل شکل دارای بازدهی کمتری نسبت به محرک استوانه‌ای شکل است. کلیدواژه‌ها
میکروفلوئیدیک ؛ میکروپمپ ؛ محرک پیزوالکتریک ؛ فرکانس ؛ ولتاژ ؛ دبی خروجی
مراجع
[1] E. K. Sackmann, A. L. Fulton, D. J. Beebe, “The present and future role of microfluidics in biomedical research,” Nature , vol. 507, no. 1, pp. 181-189 (2014).
[2] S. Mohith, P. N. Karanth, S. M. Kulkarni, “Recent trends in mechanical micropumps and their applications: A review,” Mechatronics , vol. 60, no. 1, pp.34-55 (2019).
[3] Y. N. Wang, L. M. Fu, “Micropumps and biomedical applications–A review,” Microelectronic Engineering , vol. 195, no. 1, pp. 121-138 (2018).
[4] D. J. Laser, and J. G. Santiago, “A review of micropumps,” Journal of Micromechanics and Microengineering , vol. 14, pp. 35-64 (2004).
[5] W. J. Spencer, W. T. Corbett, L. R. Dominguez, B. D. Shafer, “An electronically controlled piezoelectric insulin pump and valves,” IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics , vol. 25, pp. 153-156 (1978).
[6] H. T. G. van Lintel, F. C. M. van De Pol, S. Bouwstra, “A piezoelectric micropump based on micromachining of silicon,” Sensors and Actuators , vol. 15, pp. 153-167 (1988).
[7] E. Stemme, G. Stemme, “A valveless diffuser/nozzle-based fluid pump,” Sensors and Actuators A: Physical , vol. 39, pp. 159-167 (1993).
[8] M. Koch, N. Harris, A. G. R. Evans, N. M. White, A. Brunnschweiler, “A Novel Micromachined Pump Based On Thick-Film Piezoelectric Actuation,” Sensors and Actuators A: Physical , vol. 70, pp. 98-103 (1998).
[9] L. Saggere, N. W. Hagood, D. C. Roberts, H. Li, J. L. Steyn, K. Turner, J. A. Carretero, “Design, Fabrication, and Testing of a Piezoelectrically Driven High Flow Rate micropump,” Proceedings of the 2000 12th IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (IEEE Cat. No.00CH37076) , (2000).
[10] K. Junwu, Y. Zhigang, P. Taijiang, C. Guangming, W. Boda, “Design and test of a high-performance piezoelectric micropump for drug delivery,” Sensors and Actuators A: Physical , vol. 121, pp. 156-161 (2005).
[11] C. Y. Lin, H. K. Ma, B. R. Hou, H. Y. Wu, J. J. Gao, M .C. Kou, “Development and application of a diaphragm micro-pump with piezoelectric device,” Microsystem Technologies , vol. 14, pp. 1001-1007 (2008).
[12] S. Revathi, and R. Padmanabhan, “Design and Development of Piezoelectric Composite-Based Micropump,” Journal of Microelectromechanical Systems , vol. 27, no. 6, pp. 1105-1113 (2018) .
[13] R. K. Haldkar, T. Sheorey, V. K. Gupta, “The Effect of Operating Frequency and Needle Diameter on Performance of Piezoelectric Micropump,” Advanced Materials , pp. 567-578 (2018).
[14] H. Asadi Dereshgi, M. Z. Yildiz, N. Parlak, “Performance Comparison of Novel Single and BiDiaphragm PZT-Based Valveless Micropumps,” Journal of Applied Fluid Mechanics , vol. 13, pp. 401-412 (2020).
[15] X. Liu, X. Li, M. Wang, S. Cao, X. Wang, G. Liu, “A High-Performance Piezoelectric Micropump with Multi-Chamber in Series,” Applied Sciences , vol. 12. no. 9, pp. 44-83 (2022).
[16] Z. Yang, L. Dong, M. Wang, G. Liu, X. Li, Y. Li, “A wearable insulin delivery system based on a piezoelectric micropump,” Sensors and Actuators A: Physical , vol. 347, p. 113909 (2022) .
[17] R. K. Haldkar, A. Khalatkar, V. K. Gupta, T. Sheorey, “New piezoelectric actuator design for enhance the micropump flow,” Materials Today: Proceedings , vol. 44, pp. 776-781 (2021).
[18] M. Bayareh, S. Mortazavi, “Equilibrium Position of a Buoyant Drop in Couette and Poiseuille Flows at Finite Reynolds Numbers,” Journal of Mechanics , vol. 29, no. 1, pp. 53–58 (2013).
[19] M. Bayareh, M. N. Ashani, A. Usefian, “Active and passive micromixers: A comprehensive review,” Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, vol. 147, p. 107771, (2019).
[20] M. Bayareh, S. Mortazavi, “Binary collision of drops in simple shear flow at finite Reynolds numbers: Geometry and viscosity ratio effects,” Advances in Engineering Software , vol. 42, no. 8, pp. 604–611, (2013).
[21] J. J. Rojas, J. E. Morales, “Design and simulation of a piezoelectric actuated valveless micropump,” In Proceedings of the COMSOL Conference , Boston, pp. 1-3 (2015).
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 276
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 238
