شبیه‌ سازی عددی یک میکروپمپ بر مبنای محرک پیزوالکتریک

مقاله حاضر به بررسی یک میکروپمپ سه‌بعدی بر مبنای محرک پیزوالکتریک می‌پردازد. برای شبیه‌سازی عملکرد میکروپمپ از نرم‌افزار کامسول نسخه 5.6 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 0.038 میلی‌لیتر بر ثانیه است. سپس به بررسی تاثیر 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، تاثیر 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 0.065 و 0.011 میلی‌لیتر بر ثانیه به دست می‌آ‌ید. با افزایش ولتاژ از 1500 به 1875 ولت، دبی خروجی میکروپمپ به مقدار 0.047 میلی‌لیتر بر ثانیه افزایش می‌یابد. نتایج بیانگر آن است که محرک پیزوالکتریک مستطیل شکل دارای بازدهی کمتری نسبت به محرک استوانه‌ای شکل است.

numerical simulation of a micropump based on piezoelectric actuator

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.