Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1394
6
1
gregorian
2015
9
1
15
7
online
1
fulltext
fa
بررسی اختلاط در ریزمخلوطگرهای ترکیبی الکترواسموتیک/فشارمحرک با بارسطحی ناهمگن
Mixing Investigation In Combined Electroosmotic/Pressure-driven Micromixers With Heterogeneous Wall Charges
در این مقاله شبیه سازی عددی جریان الکترواسموتیک درون ریزجریان های ناهمگن با استفاده از مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی ارائه شده است که در آن اثر نیروی میدان الکتریکی بر سیال با سرعت لغزشی در دیواره ی ریزمـجرا جایگزین می شود. با حل معادله غلظت در این جریان ها، چگونگی فرآیند اختلاط در ریزمجراهای دارای زتاپتانسیل ناهمگن روی دیواره، به صورت کیفی و کمی بررسی شده است. مطالعه انجام شده نشان می دهد که با ترکیب دو جریان الکترواسموتیک و فشار-محرک در یک ریزمجرا و تنظیم مناسب تکه های ناهمگنی بار، به سادگی می توان یک ریزمخلوط گر الکترواسموتیکی با اختلاط قابل تنظیم طراحی نمود. رفتار چنین ریزمخلوط گرهایی تحت تاثیر نحوه آرایش زتاپتانسیل و نیز مقدار اختلاف فشار اعمالی است. در این مقاله برای تحلیل جامع اختلاط، علاوه بر معیار رایج راندمان اختلاط، دو معیار جدید راندمان نسبی اختلاط و ظرفیت اختلاطی مورد معرفی قرار گرفته اند. با استفاده از این شاخصه ها معلوم شد که در اختلاف فشارهای اندک و یا خیلی زیاد وجود تکه های ناهمگنی بار روی دیواره های ریزمجرا اثر قابل ملاحظه ای بر بهبود اختلاط ندارد. بنابراین عملکرد ریزمخلوط گرهای با جریان ترکیبی الکترواسموتیک و فشار-محرک دارای یک نقطه بهینه است. بعلاوه مشاهده شد که میزان نامتقارنی توزیع بار در مقایسه با میزان اندازه بار، اثر جدی تری بر عملکرد اختلاطی ریزمخلوط گر دارد. این امر تضمین می کند که اختلاط مناسب حتی با استفاده از سطوح دارای زتاپتانسیل معمولی حاصل شود.
In this article numerical simulation of electroosmotic flow in heterogeneous microchannel is performed using approximate model of Helmholtz-Smoluchowski in which the effect of electric field on the fluid flow is applied through a slip boundary condition. Solving the concentration equation, the mixing performance of microchannels with heterogeneous zeta-potential is studied both qualitatively and quantitatively. This study shows that combining the electroosmotic and pressure-driven flows in a single microchannel with proper arrangement of the heterogeneities can easily lead to design of electroosmotic micromixers with adjustable mixing performance. The mixing behavior of such micromixers is dominated by the arrangement of zeta-potential distribution as well as the applied external pressure drop. In this article we introduced relative mixing performance and mixing capacity rather than well-discussed factor of mixing performance in order to perform a thorough analysis of mixing. Using these factors, it is found that presence of heterogeneities has a small augmentation on mixing performance when the pressure drop is extremely small or large. Therefore, performance of micromixers with combined flow of electroosmotic and pressure-driven has an optimum point. Furthermore, it is seen that asymmetric level of the charge pattern is more effective on the mixing performance compared to absolute values of wall charges. This promises proper mixing even when surfaces with moderate zeta-potential are used in micromixer.
ریزمخلوگر,جریان الکترواسموتیک فشارمحرک,مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی,توزیع بار ناهمگن
Micromixer,Electroosmotic Pressure-driven Flow,Helmholtz-Smoluchowski Model,Non-homogenous charge pattern
297
306
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-1000-7624&slc_lang=fa&sid=15
Jafar
Jamaati
جعفر
جماعتی
100319475328460057542
100319475328460057542
No
Department of Mechanical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه
Ali Reza
Farahinia
علی رضا
فراهی نیا
100319475328460057541
100319475328460057541
No
Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد
Hamid
Niazmand
حمید
نیازمند
100319475328460057540
100319475328460057540
Yes
Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد