超声行波微流体驱动机理的试验研究

本项目是在试验验证了超声行波能够产生定向流动的基础上展开，前期工作实际测量了直管行波模型的驱动效果、PIV研究了超声主动混合微腔内流场分布、初步建立了超声行波驱动的理论模型，确定了净流量的产生，但是超声行波驱动的内在机理还不清楚；知道了该液体流动是在摩擦力、声流和声辐射压力驱动下产生，但相关的定量关系不明确，即在什么样的尺度下哪项驱动力为主导-边界问题？驱动频率、行波振幅、微通道尺寸以及液体的粘度对流量的影响？等。本项目从试验的角度，对上述问题进行系统地研究。利用PIV试验技术寻找上述相关量之间的关系，解决边界问题，探明声流、摩擦力、声辐射的作用，建立合理的分析模型，制作实际驱动器。利用差分法、无网格等算法解决遇到的微流分析的刚度矩阵奇异问题，探求声流声辐射的非线性数值解，计算有效传输质量。研究成果可望在航空电子流体散热、生物医学工程、皮星研究等领域中获得应用。

在确定了超声行波驱动能产生净流量的基础上，通过理论分析和试验验证研究了超声行波驱动的内在机理。通过研究，深入了解了超声行波微流体驱动的机理，得到了压电-结构-超声-流体的耦合关系，建立了能量传输模型，搭建了合理的超声行波驱动模型。验证了流体流动是在形变摩擦力、声流和声辐射压力作用下产生的，明确了声流是超声行波驱动中的关键因素。建立了超声行波驱动模型，通过试验明确了流速流量与驱动频率、驱动电压、微通道尺寸以及流体粘度等因素之间的关系，发明了一种H型微流体驱动泵。研究成果计划应用到流式细胞仪的研制中,可望在航空电子流体散热、微生化分析、皮星研究等领域中获得应用。