طراحی و ساخت میکروپمپ پیزوالکتریک با بکارگیری میکرووالوهای تسلای اصلاح شده

استفاده از میکرووالوهای فاقد اجزای متحرک از روشهای موثر برای انتقال یک سویه سیال در سیستم های میکروسیالاتی است که بجای استفاده از مکانیزم های مکانیکی برای جلوگیری از برگشتن سیال ، بر اساس مشخصه های خود سیال کار می کنند. یکی از مهمترین کاربرد این میکرووالوها را می توان استفاده آنها در ساختار میکروپمپهای دیافراگمی عنوان کرد. در این مطالعه ضمن بررسی مدلهای موجود میکرووالو فاقد اجزای متحرک (شامل میکرووالو نازل- دیفیوزری و تسلا) هندسه بهینه ای از نوع والو تسلا بر اساس بررسی عددی شرایط جریان در والو ارائه شد. مقایسه ها حاکی از افزایش چشم گیر مقدار یکسوکنندگی به عنوان پارامتر عملکردی والو در قیاس با انواع قبلی آن بود. همچنین شبیه سازی سه بعدی میکروپمپ دیافراگمی با تحریک پیزوالکتریک و با چیدمان جدیدی از والوهای پیشنهادی نشان داد که سیستم ارائه شده چه از نظر هد فشاری و چه از نظر دبی پمپاژ وضعیت بهتری در مقایسه با نوع مرسوم نازل دیفیوزری دارد. حل عددی مزبور همه انواع کوپلینگهای موجود اعم از الکتریکی، جامداتی و سیالاتی را شامل می شود. از موارد دیگر مورد بررسی اثر شکل موجهای گوناگون بر دبی خروجی و توان مورد استفاده میکروپمپ با والوهای فاقد اجزای متحرک بود. نتایج حل عددی نشان داد که از بین شکل موجهای موجود، موج مربعی دبی بیشتری را در شرایط فرکانسی و ولتاژی یکسان بدست می دهد. با این حال در صورت مورد توجه قرار دادن توان مصرفی، میکروپمپ با تحریک موج اره ای بازده بالاتری خواهد داشت. رویکرد دیگری که برای طراحی و تحلیل میکروپمپ دیافراگمی با تحریک پیزوالکتریک ارائه شد، استفاده از روش شبیه سازی الکتریکی بود. با توجه به شرایط فیزیکی پیچیده میکروپمپ، استفاده از این مدل، امکان بررسی سریع و بدون دردسر پمپ را با اعمال شرایط متفاوت بدست می دهد. در روش پیشنهادی میکرووالوهای تسلای اصلاح شده از طریق تعریف یک مقاومت غیرخطی متناظر در مدار پمپ مدل شد. این روش باعث می شود که حتی با تغییر هندسه میکرووالو نیز بتوانیم از مدل سازی الکتریکی استفاده کنیم و نیاز به استخراج مدلهای پیچیده برای اعمال هندسه های گوناگون نداشته باشیم. به عنوان نمونه ای از کاربرد عملی، استفاده از میکروپمپ با شرایط فوق در سوخت رسانی پیل سوختی با تزریق مستقیم متانول بررسی شد. نهایتاً یک نمونه واقعی از میکروپمپ پیشنهادی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج تجربی با پاسخ حل عددی سه بعدی و نیز حل مدار الکتریکی مقایسه شد. نتایج، حاکی از تطابق خوب روشهای عددی و نیز یکسان بودن روند افزایش و کاهش دبی با تغییرات فرکانس تحریک در هر سه حالت بود.