شبیه‌سازی عددی یک میکروپمپ بر مبنای محرک پیزوالکتریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علی نبی فر خفری ¹
• مرتضی بیاره ²

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، ایران

² گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

10.22067/jacsm.2024.80610.1158

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

موضوعات

• سیال با ذرات میکرو و نانو

---

عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of a micropump based on piezoelectric actuator

نویسندگان [English]

• Ali Nabifar Khafri ¹
• Morteza Bayareh ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran

چکیده [English]

This paper considers a three-dimensional micropump based on a piezoelectric actuator. COMSOL software version 6.5 is used to simulate the performance of the micropump. At first, a reference micropump is defined, which works at a frequency of 60 Hz and a voltage of 1500 V that is capable of pumping a maximum flow rate of 0.038 ml/s. The influence of frequency, voltage, the axial position of input and output of micropump, dimensions of piezoelectric actuator and membrane, and shape of the actuator on the fluid output flow rate and pumped fluid volume is investigated. The results demonstrate that the frequency, voltage, dimensions of the piezoelectric actuator and the membrane has a direct effect on the output flow rate and the pumped fluid volume so that the output flow rate of the fluid and the volume of the pumped fluid increase with the increase of these parameters. For example, the output flow rate of the micropump at 100 and 20 Hz frequency is 0.065 and 0.011 ml/s, respectively. By increasing the voltage from 1500 to 1875 V, the micropump output flow rate increases to 0.047 ml/s. The results show that the rectangular piezoelectric actuator has a lower efficiency than the circular one.

کلیدواژه‌ها [English]

• microfluidic
• micropump
• piezoelectric actuator
• frequency
• voltage
• output flow