多数微流系统的调控都依靠无阀泵进行，因为无阀泵与生物材料相容性良好，并且堵塞风险较低。然而，这种类型的泵不适合黏性流体及小尺度或低流量的系统。为了突破这一局限，可以引入微型泵机理，将振荡流体运动转换为单向净流。
什么是无阀微泵？
小型设备具有非常多的应用领域，同时研究人员还在不断为它们寻找新的用途。我们之前在博客文章中介绍过其中一种用途：微流装置，这种装置可以让患者自行进行免疫检测测试。在微尺度的工作环境中，像这种设备的运转需要依靠更小的组件，如微型泵。
让我们来看一个 Veryst 工程有限公司通过 COMSOL Multiphysics® 软件创建的教学模型：无阀微泵机理仿真模型。
教学模型中的微泵通过循环的上下运动提供了振荡的流体流动。水平流道包含两个位于微泵两侧的倾斜微型襟翼，流体进入流道后，微型襟翼会根据流体运动被动地弯曲，以此使流体成为沿某一方向运动的净流。通过这个过程，微泵机理能够在无需阀门帮助的情况下创造流体流动。
微泵机理教学模型的几何图形。
请注意，微型襟翼上面的直线对网格剖分算法有帮助。如果您想要学习如何创建这种模型，请查阅教学模型文件。
通过仿真评估微泵性能
此教学模型在一个 2 秒的时间周期内对微泵机理的净流率进行计算，2 秒的时间可以完成两个完整的泵循环。将这个仿真的 Reynolds 数设置为 16，这样我们就可以评估无阀微泵机理在低 Reynolds 数时的性能。COMSOL Multiphysics 的流-固耦合接口可以将襟翼对整体流动的影响纳入考虑范畴，并使建模更加容易。
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0.26 秒时，流体被推下，其中大部分流到了右边的出口。
0.76 秒时，流体被抽起，其中大部分是从左边入口流入。
仿真从微泵中的流体向下流动开始，也就是微泵将流体推下至水平流道。此操作会导致右边的微型襟翼向下弯曲，同时左边的襟翼向上弯曲。在这个位置，左侧微型襟翼阻碍流体流到左边，并且此时右边的流道扩大。这自然会导致绝大部分的流体流动到右边，因为此路径的阻力最小。
在向上抽吸的过程中，流体被泵入垂直流道。在这一过程中，流体导致微型襟翼的弯曲方向与上一种情况相反。这种转变并不改变净流方向，因为现在绝大部分流体从左边的入口流入流道中。
微型襟翼由流体流动引起的自然变形，使这两个阶段都产生了从左到右的净流率。但是微泵机理是如何在整个仿真时间周期内维持这种单向流动的呢？
从左到右泵取的净流体的体积。
在 2 秒的测试期内，从左到右泵取的净流体体积是不断增加，并且在速度峰值时具有较高的净流率。这种无阀微泵机理可以在 Reynolds 数更低的情况下工作。
无阀微泵机理可以在许多的未来应用中发挥作用，其中之一就是作为流体的输送系统。在这种使用情景下，微泵机理可以从其左边的液滴贮槽采取流体，并通过微流体流道将其运送至右边的出口。在这篇博客文章中，我们只展示了一组仿真结果。通过由 Veryst 工程公司创建的教学模型，您可以对无阀微泵在不同的条件下工作情况进行可视化操作，并通过这些信息来发现微泵机理新用途。
编者注：本博客于 2023 年 8 月 25 日更新，加入了新版本制作的模型图像。上一版本的博客介绍了使用的是 COMSOL Multiphysics 5.1 版本制作的模型图像。
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