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Keywords:

  • micro-screw pump;
  • thread;
  • helix angle;
  • pitch and finite volume;
  • flight depth

Abstract

The design of a novel micro-screw pump for viscous fluid is described. The device consists of a rotating screw in the centre of the channel, connected with a shaft and micro motor. The objective of this research is to investigate the effect of using various screw geometries on the pump performance. Theoretical analysis by finite volume simulations is carried out to study the influence of pitch, diameter of the screw and the thread (flight depth) to evaluate the optimal dimensions for the pump and to obtain the maximum flow rate. When the screw rotates, a net force is transferred to the fluid due to the differential pressure on the depth of the thread and pressure gradient along the screw axis, thus causing the fluid to displace. The three-dimensional simulations indicate a gradual increase of the average velocity with increasing the screw diameter. The maximum average velocity can be obtained when the ratio between the pitch and screw diameter (pi/d) is 0.6. Effective pumping is achieved by increasing the thread and pitch at maximum screw diameter. The numerical simulation has been validated experimentally.

On décrit la conception d'une nouvelle pompe à micro-vis pour les fluides visqueux. Le dispositif consiste en une vis rotative dans le centre du canal, reliée à un arbre et un micro-moteur. L'objectif de cette recherche est d'étudier l'effet de différentes géométries de vis sur la performance de la pompe. On a effectué des simulations par volumes finis afin d'étudier l'influence du pas, du diamètre de vis et de la profondeur du filet pour évaluer les dimensions optimales pour la pompe et obtenir le débit maximum. Lorsque la vis est en rotation, une force nette est transférée au fluide à cause de la pression différentielle dans la profondeur du filet et du gradient de pression le long de l'axe de la vis, ce qui provoque le déplacement du fluide. Les simulations tridimensionnelles indiquent une augmentation graduelle de la vitesse moyenne avec l'augmentation du diamètre de vis. La vitesse moyenne maximum peut être obtenue lorsque le rapport entre le pas et le diamètre de la vis (pi / d) est de 0,6. Un pompage efficace est réalisé en augmentant la profondeur du filet et le pas au diamètre de vis maximum. La simulation numérique a été validée expérimentalement.