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유한요소법을 이용한 버클링 마이크로 밸브의 유동특성 해석 및 최적 설계
Analysis of Flow Characteristics and Optimum Design of a Buckling Microvalve Using the Finite Element Method 원문보기

한국전기전자재료학회 2002년도 추계학술대회 논문집 Vol.15, 2002 Nov. 07, 2002년, pp.383 - 386  

김재민 (동서대학교) ,  이종춘 (경남 정보대학교) ,  정귀상 (동서대학교) ,  윤석진 (한국과학기술연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper reports on the fluid flow simulation results of an active microvalve. The mechanical and fluidic analysis are done by finite element method. The designed structure is normally closed microvalve using buckling effect, which is consist of three separate structures; a valve seat die, an actu...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 유한요소법을 이용하여 밸브 시트부의 기하학적 형상에 따른 정밀 유동특성분석 및 압력에 따른 챔버내 유속의 선형성을 평가하였다. 그리고 밸브 구동시 챔버와 시트를 통과하는 유체가 난류를 가지지 않고 완전한 laminar flow 를 형성하면서 유속을 일정하게 유지할 수 있는 최적의 시트 형상을 설계하여 마이크로 밸브 제작연구에 적용하고자 한다.
  • 그러나 밸브 시트의 경우, 초소형 면적이면서 챔버 내부형상의 굴곡이 가장 심해 다이어프램의방향전환시 밸브 동작 및 유동 변형에 대한 정밀한실험 및 측정이 어려운 문제점을 가지고 있다[7]. 따라서, 본 논문에서는 유한요소법을 이용하여 밸브 시트부의 기하학적 형상에 따른 정밀 유동특성분석 및 압력에 따른 챔버내 유속의 선형성을 평가하였다. 그리고 밸브 구동시 챔버와 시트를 통과하는 유체가 난류를 가지지 않고 완전한 laminar flow 를 형성하면서 유속을 일정하게 유지할 수 있는 최적의 시트 형상을 설계하여 마이크로 밸브 제작연구에 적용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 버클링 마이크로 밸브를 제작하기 위한 선행연구과제로써, ANSYS/FLOTRAN을 사용하여 밸브 원형 시트부와 다이어프램을 설계하였다. 그리고 밸브의 실제 유체 흐름과 유속분포을 분석하기 위해 시트의 면적과 다이어프램의 변위를 조절하면서 유속의 선형성 유지 및 고압에서도 laminar flow를 형성할 수 있는 최적의 시트 형상을 설계하였다.

가설 설정

  • 마이크로 밸브의모델이 유체 출구를 중심으로 폭 방향에 대해 대칭구조이므로 그림 1과 같이 전체 시트 구조의 1/2만을 나타낸 2-D 모델로 해석을 수행하였다. 시뮬레이션에서는 첫째, 밸브 시트부가 완전히 구속되어있는 상태(steady state)로 가정하였고 둘째, 중력에의한 영향을 무시하였으며 셋째, 유체가 throat area 에 도달할 때까지 laminar flow를 유지한다고 가정하였다. 표 1 의 원형 밸브 시트 설계조건과 Navier-Stoke's 정리를 이용하여 압력에 따른 유속을 구간별로 다음과 같이 계산할 수 있다BL
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