مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تحلیلی و عددی راهگزینی جریان الکترواسموتیک در یک سه راهی Y شکل

نویسندگان
1 استادیار گروه مکانیک/ دانشگاه پیام نور
2 دانشگاه فردوسی مشهد
3 دانشجوی دانشگاه پیام نور
4 استادیار دانشگاه پیام نور مرکز مشهد
چکیده
در این پژوهش راهگزینی جریان الکترواسموتیک در مواجه با یک سه راهی دوبعدی Y شکل به صورت تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی نشان داده شده است که می توان تنها با تغییر ولتاژ اعمالی در دو انتهای مجرا، مسیر عبور جریان از یک سه راهی را تعیین نمود. در بررسی تحلیلی جریان با معرفی یک سری فرضیات ساده کننده، روابطی تقریبی برای نسبت ولتاژ مورد نیاز جهت تغییر مسیر جریان و دبی عبوری پیش و پس از تغییر مسیر ارائه گردیده است. در این تحلیل فاصله دو انشعاب خروجی از سه راهی و ضخامت بی بعد لایه دوگانه الکتریکی به عنوان متغیر انتخاب شده‌ و اثرات آنها بر شرایط نهایی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش تحلیل عددی تمامی معادلات حاکم بر جریان شامل معادلات ناویر-استوکس، پواسون- بولتزمن و لاپلاس در هندسه سه راهی به صورت عددی و با کمک روش لتیس بولتزمن حل شده است. مقایسه نتایج روابط تقریبی استخراج شده و نتایج حاصل از حل عددی معادلات حاکم، حاکی از دقت بسیار خوب روابط استخراج شده است که در مقایسه با حل عددی پیش بینی نسبت ولتاژ مورد نیاز برای تغییر مسیر جریان و دبی جریان را با هزینه محاسباتی بسیار پایین‌تر فراهم می‌آورد. این امر خود موید مزیت استفاده از روابط معرفی شده، در طراحی سیستم های میکرو الکترو مکانیکی است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Theoretical and Numerical investigation on switching process of electroosmotic flow in a Y-shape three-way channel

نویسندگان English

Omid Reza Mohammadipoor 1
yaser basati 2
amir heydari 3
Ali Jalali 4
1 Assistant Professor/ Payame Noor University
2 ferdowsi university of mashhad
3 Payame Noor University
4 Pn University of Mashhad
چکیده English

In this paper, switching process of electro osmotic flow is numerically and analytically investigated in a two dimensional Y-shape three-way channel. In this research, it is shown that changing the flow direction through a three-way channel can be simply conducted by varying applied electrical voltage at channel’s ends. In theoretical approach, three equations are introduced to approximate switching voltage ratio and dimensionless flow rate before and after switching process, respectively. These equations are derived base on some simplifying assumptions when distance between output branches and dimensionless double layer thickness parameter are assumed to be flow variables. Numerical simulations are also conducted by using the lattice Boltzmann method to solve all governing equations including the Navier - Stokes, the Poisson - Boltzmann, and the Laplace equations in a 2D three-way channel geometry. Comparison between analytical and numerical results indicates that introduced approximated equations can successfully predict switching voltage ratio and dimensionless flow rate (before and after switching process) by employing considerably lower computational efforts in comparison with numerical approach. In this regard, the introduced semi-analytical equations can be useful for better understanding and to more effectively designing of micro electro mechanics systems.

کلیدواژه‌ها English

Electroosmotic flow
Switching process
Lattice Boltzmann Method