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무밸브 마이크로 펌프의 성능평가를 위한 3차원 전기-유체-구조 상호작용 해석
팜마이(My Pham),판반푸억(Van Phuoc Phan),한철희(Cheol Heui Han),구남서(Nam Seo Goo) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.8
본 논문에서는 압전 작동기로 구동되는 무밸브 마이크로 펌프의 펌프 성능을 계산하였다. 선행연구에서 개발된 마이크로 펌프는 4층의 경량 압전 복합재료 작동기, PDMS로 된 챔버와 2개의 디퓨져로 이루어져 있다. 유한요소 해석은 압전 영역, 구조 영역 및 유체 영역을 완전 연성하여 수행되었다. 구조 및 압전 영역의 해석은 ANSYS를 사용하였으며, 유체영역의 해석은 ANSYS CFX를 사용하여 수행하였다. 작동 주파수가 10 ㎐와 40 ㎐인 경우에 대한 해석을 수행하여 작동 주파수가 유동 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 300 ㎐까지의 유동 해석을 통하여 작동 주파수에 따른 유량을 계산하였다. In this study, the pumping performance of a piezoelectric valveless micropump is simulated. The micropump, which was developed in the previous work, is composed of a four-layer lightweight piezocomposite actuator, a polydimethylsiloxane (PDMS) pump chamber, and two diffusers. The piezoelectric domain, the fluid domain and the structural domain are coupled in the three-dimensional simulation. We used ANSYS for the piezoelectric and structural domains and ANSYS CFX for the fluid domain. The effects of driven frequency on the flow rate have been investigated by simulating the flow characteristics for 10 Hz and 40 Hz driven frequencies. The flow rates with respect to driven frequencies up to 300 Hz have been calculated.
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구남서,팜마이 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5
A fashionable design of micropumps for bio applications has been suggested. This development was based on the combination of peristaltic pumping principle, microelectromechanical system (MEMS) technology and an improvement in fabricating technique into precision components from thermal plastic rubber polydimethylsiloxance (PDMS). With this design, the peristaltic micropump has shown several fascinating points such as prevention of a reverse flow and increment of pumping pressure, the continuous and gentle flow rate, bio-compatibility, portability and simple effective design. So it can be found in many bio-medical applications. Beside that, in order to consider this problem carefully, the pumping performance was investigated both theoretically and experimentally. During design process, a coupled field analysis using Ansys software was conducted to predict the actuating behavior of a diaphragm. And then an experiment was also set up to determine the pumping characteristics. It was shown that the present peristaltic micropump has higher pumping performance than that found in literature.
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