Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Electro-Fluid-Structural Interaction Simulation of a Valveless Micropump

시뮬레이션을 통한 무밸브 마이크로 펌프의 전기-유체-구조 상호작용에 대한 연구

  • 리광철 (건국대학교 대학원 신기술융합학과) ;
  • 구남서 (건국대학교 대학원 신기술융합학과) ;
  • 한철희 (충주대학교 항공.기계설계학과)
  • Published : 2008.01.31
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Abstract

In this paper, the pumping performance of a piezoelectric valveless micropump is simulated with a commercial finite element analysis software, COMSOL Multiphysics. The micropump developed in the previous work is composed of a 4-layer lightweight piezo-composite actuator (LIPCA), a polydimethylsiloxane (PDMS) pump chamber, and two diffusers. The piezoelectric domain, structural domain and fluid domain are coupled in the simulation. Water flow rates are numerically predicted for geometric parameters of the micropump. Based on this study, the micropump is optimally designed to obtain its highest pumping performance.

본 논문에서는 유한요소법을 기반으로 한 소프트웨어 COMSOL Multiphysics를 이용하여 압전 복합재료 작동기를 이용하여 제작한 무밸브 마이크로펌프의 성능을 연구하였다. 압전 마이크로펌프는 4층의 경량 압전 복합재료 작동기, PDMS으로 된 챔버와 2개의 디퓨저로 이루어졌다. 시뮬레이션에서는 압전 재료 영역, 구조 영역과 유체 영역을 완전 연성하여 해를 계산하였다. 물을 유체로 사용하였으며, 유량을 마이크로펌프의 구조적 파라미터에 대하여 계산하였다. 이 연구에 기초하여 보다 성능이 좋은 마이크로펌프를 제시하였다.

Keywords

References

  1. P. Woias, "Micropumps-past, progress and future prospects", Sensors and Actuators B, 105, pp. 28-38, 2005 https://doi.org/10.1016/S0925-4005(04)00108-X
  2. N.T. Nguyen, Xiaoyang Huang, Toh Kok Chuan, "MEMS-Micropumps: A Review", ASME, Vol. 124, 2002.6
  3. K.J. Yoon, S.S. Shin, H.C. Park and N.S. Goo, "Design and Manufacturing of LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator", Smart Materials and Structures, Vol. 11, pp. 163-168, 2002 https://doi.org/10.1088/0964-1726/11/1/401
  4. K. Mossi, Z. Ounaies, R. Smith and B. Ball, "Pre-stressed Curved Actutors: Characterization and Modeling of their Piezoelectric Behavior", Proceeding of SPIE's 10th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, San Diego, 2003
  5. Thanh-Tung Nguyen, Nam Seo Goo, "A novel PDMS valveless micropump with a circular lightweight piezo-composite actuator", Key Engineering Materials, Vol. 321-323, pp. 245-248, 2006.11
  6. 구옌탄텅, 구남서, "원형 경량 압전 복합재료 작동기를 이용한 마이크로 펌프의 개발", 한국항공우주학회지, 제 34권 6호, pp. 35-41, 2006. 6
  7. James Nabity, "Modeling an Electro-statically Actuated MEMS Diaphragm Pump", ASEN 5519 Fluid-Structures Interactions, 2004.4
  8. M.M. Athavale, H.Q. Yang, and A.J. Przekwas, "Coupled Fluid-Thermo- Structures Simulation Methodology for MEMS Applications", CFD Research Corporation, 1997
  9. COMSOL Multiphysics 3.2a manual, 2005
  10. J C Lotters, W Olthuis, P H Veltink, P Bergveld, "The Mechanical Properties of Rubber Elastic Polymer Polydimethylsiloxane for Sensor Application", J. Micromech. Microeng., Vol. 7, pp. 145-147, 1997 https://doi.org/10.1088/0960-1317/7/3/017
  11. . Armani, C. Liu, "Re-configurable Fluid Circuits by PDMS Elastomer Micromachining", 12th International Conferenceon MEMS, MEMS 99, pp. 222-227, Orland, FL, USA, 1998
  12. 김도현, "마이크로플루이딕 시스템 현황", 화학공학, 제 42권 제 4호, pp. 375-386, 2004.8