مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

حل عددی جریان الکترواسموتیک در ریزمجراهای با خواص سطحی ناهمگن

نویسندگان
1 مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی
2 مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد
3 دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله مدل‌سازی عددی جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای با خواص سطحی ناهمگن به دو روش انجام شده است. برای مدل سازی کامل این جریان ها، معادلات به هم مرتبط ناویر-استوکس، ارنست-پلانک و پواسان-بولتزمن به ترتیب برای جریان، انتقال بارهای الکتریکی و توزیع میدان الکتریکی حل می شوند. حل عددی این معادلات برای ریزمجراهای ناهمگن پیچیده و دشوار است. به همین دلیل مدل های ساده و تقریبی مانند مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی نیز برای حل این جریان ها پیشنهاد شده است که در آن به جای حل معادلات ارنست-پلانک و پواسان-بولتزمن، اثرات میدان الکتریکی بر حرکت سیال توسط اعمال سرعت لغزشی مناسب در دیواره ی ریزمـجرا مدل می شود. میدان جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای ناهمگن می تواند پیچیده و دارای نواحی چرخشی باشد که برای ایجاد اختلاط بسیار ایده آل است. بنابراین در این مقاله ریزمجراهایی طرح و بررسی شده اند که بتوانند به عنوان ریزمخلوط گر در کاربردهای اختلاطی مورد استفاده قرار گیرند. برای ریزمخلوط گرهای طراحی شده در این مقاله علاوه بر اینکه حل دقیق معادلات جریان الکترواسموتیک انجام شده است، نتایج مربوط به مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی نیز به دست آمده است تا کارایی و دقت این مدل تقریبی نیز مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج این مطالعه می تواند برای مدل سازی میدان جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای ناهمگن مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Electro-osmotic Flow in Heterogeneous Microchannels

نویسندگان English

Jafar Jamaati 1
Ali Reza Farahinia 2
Hamid Niazmand 3
1 Department of Mechanical Engineering, Razi University
2 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

Numerical modeling of electro-osmotic flow in heterogeneous micro-channels using two different models is presented in this article. For the through modeling of such flows, the coupled equations of Navier-Stokes, Nernst-Planck and the Poisson-Boltzmann are solved for the flow field, electric charges transport and electric field, respectively. Numerical solution of these equations for the heterogeneous micro-channels is complicated and difficult. Therefore, simple and approximate models such as Helmholtz-Smoluchowski have been proposed in which the solution of Poisson-Boltzmann, Nernst-Planck are neglected and the effect of the electric field on the flow field is applied through a prescribed slip boundary condition at the walls of micro-channel. The electro-osmotic flow fields within the heterogeneous micro-channels are usually complex and contain the vortex region that is ideal for mixing purpose. Hence, in this paper, the micro-channels designed so that they are capable to serve as micro-mixers in the mixing applications. For the micro-channels proposed here, the flow fields are obtained both with approximate modeling and the full simulation of electro-osmotic flows so that a comparison can be made to discuss the accuracy of the approximate model. The results of this study can be used to model the electro-osmotic flow field within heterogeneous micro-channels.

کلیدواژه‌ها English

Electro-osmotic flow
Heterogeneous Micro-channels
Helmholtz-Smoluchowski Model