多數微流系統的調控都依靠無閥泵進行，因為無閥泵與生物材料相容性良好，並且堵塞風險較低。然而，這種類型的泵不適合黏性流體及小尺度或低流量的系統。為了突破這一局限，可以引入微型泵機理，將振蕩流體運動轉換為單向淨流。
什麼是無閥微泵？
小型設備具有非常多的應用領域，同時研究人員還在不斷為它們尋找新的用途。我們之前在文章中介紹過其中一種用途：微流裝置，這種裝置可以讓患者自行進行免疫檢測測試。在微尺度的工作環境中，像這種設備的運轉需要依靠更小的組件，如微型泵。
讓我們來看一個 Veryst 工程有限公司通過 COMSOL Multiphysics® 軟體創建的教學模型：無閥微泵機理仿真模型。
教學模型中的微泵通過循環的上下運動提供了振蕩的流體流動。水平流道包含兩個位於微泵兩側的傾斜微型襟翼，流體進入流道後，微型襟翼會根據流體運動被動地彎曲，以此使流體成為沿某一方向運動的淨流。通過這個過程，微泵機理能夠在無需閥門幫助的情況下創造流體流動。
微泵機理教學模型的幾何圖形。
通過仿真評估微泵性能
此教學模型在一個 2 秒的時間周期內對微泵機理的淨流率進行計算，2 秒的時間可以完成兩個完整的泵循環。將這個仿真的 Reynolds 數設置為 16，這樣我們就可以評估無閥微泵機理在低 Reynolds 數時的性能。COMSOL Multiphysics 的流-固耦合接口可以將襟翼對整體流動的影響納入考慮範疇，並使建模更加容易。
上圖：0.26 秒時，流體被推下，其中大部分流到了右邊的出口。下圖：0.76 秒時，流體被抽起，其中大部分是從左邊入口流入。
仿真從微泵中的流體向下流動開始，也就是微泵將流體推下至水平流道。此操作會導致右邊的微型襟翼向下彎曲，同時左邊的襟翼向上彎曲。在這個位置，左側微型襟翼阻礙流體流到左邊，並且此時右邊的流道擴大。這自然會導致絕大部分的流體流動到右邊，因為此路徑的阻力最小。
在向上抽吸的過程中，流體被泵入垂直流道。在這一過程中，流體導致微型襟翼的彎曲方向與上一種情況相反。這種轉變並不改變淨流方向，因為現在絕大部分流體從左邊的入口流入流道中。
微型襟翼由流體流動引起的自然變形，使這兩個階段都產生了從左到右的淨流率。但是微泵機理是如何在整個仿真時間周期內維持這種單向流動的呢？
從左到右泵取的淨流體的體積。
在 2 秒的測試期內，從左到右泵取的淨流體體積是不斷增加，並且在速度峰值時具有較高的淨流率。這種無閥微泵機理可以在 Reynolds 數更低的情況下工作。
無閥微泵機理可以在許多的未來應用中發揮作用，其中之一就是作為流體的輸送系統。在這種使用情景下，微泵機理可以從其左邊的液滴貯槽採取流體，並通過微流體流道將其運送至右邊的出口。在這篇文章中，我們只展示了一組仿真結果。通過由 Veryst 工程公司創建的教學模型，您可以對無閥微泵在不同的條件下工作情況進行可視化操作，並通過這些信息來發現微泵機理新用途。
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