무밸브 마이크로 펌프의 성능평가를 위한 3차원 전기-유체-구조 상호작용 해석

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• 초록
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 전기-유체-구조-상호작용을 고려한 3차원 해석
• Ⅲ. 결과 및 토론
• Ⅳ. 결론
• 후기
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 구옌탄텅, "원형 경량 압전 복합재료 작동기를 이용한 마이크로 펌프의 개발" 한국항공우주학회 34 (34): 35-41, 2006

2 김도현, "마이크로플루이딕 시스템 현황" 한국화학공학회 42 (42): 375-386, 2004

3 K. Mossi, "Pre-stressed Curved Actutors: Characterization and Modeling of their Piezoelectric Behavior" 2003

4 James Nabity, "Modeling an Electro- statically Actuated MEMS Diaphragm Pump" 2004

5 P. Woias, "Micropumps-past, progress and future prospects" 105 : 28-38, 2005

6 N.T. Nguyen, "MEMS-Micropumps: A Review" 124 : 2002

7 Documentation for ANSYS, "Field Analysis Guide"

8 . J. Yoon, "Design and Manufacturing of LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator" 11 : 163-168, 2002

9 M.M. Athavale, "Coupled Fluid-Thermo-Structures Simulation Methodology for MEMS Applications" CFD Research Corporation 1997