مطالعه‌ی سه بعدی اختلاط در ریزمخلوط گرهای با بار سطحی ناهمگن به کمک مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشگاه بیرجند

چکیده

در این مقاله اختلاط الکتروکینتیکی سه بعدی به روش عددی درون ریزمخلوط گرهای ساخته‌شده با ریزمجرای ناهمگن به‌صورت کیفی و کمی بررسی شده است. برای کاهش هزینه های محاسباتی در جریان‌های سه بعدی، شبیه سازی جریان الکترواسموتیک با استفاده از روش هلمهولتز- اسمولوکوفسکی (Helmholtz-Smoluchowski) انجام شده است. مطالعات قبلی برای پدیده‌ی اختلاط الکتروکینتیکی درون ریزمجراهای ناهمگن نشان داده است که وجود گردابه ها و نواحی دارای جریان چرخشی بسته همواره باعث بهبود راندمان اختلاط در جریان‌های دو بعدی می-گردد. اما بررسی های انجام‌ شده در این مقاله برای ریزمخلوط گرهای سه بعدی نشان داد که همواره این اتفاق رخ نمی‌دهد و در برخی موارد وجود گردابه اثر افزایشی بر راندمان اختلاط ندارد. یافته های این مقاله نشان می دهد که میزان نامتقارنی در میدان جریان سیال عامل تعیین‌کننده در ایجاد اختلاط است. از آن‌جا که در جریان‌های سه بعدی امکان ایجاد نامتقارنی بیش‌تر وجود دارد لذا میزان راندمان اختلاط در جریان‌های سه بعدی در مقایسه با جریان‌های دوبعدی بیش‌تر است. مطالعه‌ی آرایش های متنوع سه بعدی برای ریزمخلوط گر الکترواسموتیکی نشان داد که بسته به آرایش ناهمگنی ها، راندمان اختلاط درون ریزمجرای ناهمگن در مقایسه با ریزمجرای همگن می‌تواند بهبود یابد و یا این که کاهش یابد. این نتایج تأکید می کند که بررسی دوبعدی اختلاط نمی تواند تمامی مزایای اختلاط درون ریزمجراهای ناهمگن را شرح دهد. یافته های این پژوهش می تواند در مد‌‌ل‌سازی صحیح ریزمخلوط گرهای مورد استفاده در کاربردهای عملی به‌ویژه ریزتراشه‌های آزمایشگاهی (Lab-on-a-chip) مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation the 3D Mixing with Non-homogenous Surface Charges Using Helmholtz-Smoluchowski Model

نویسندگان [English]

  • J. Jamaati 1
  • H. Niazmand 1
  • S.A. Mirbozorgi 2
1
2
چکیده [English]

Numerical investigation of 3D electrokinetic mixing through micromixer has performed both qualitatively and quantitatively. In order to reduce numerical expenses of 3D flows, we implement the Helmholtz-Smoluchowski method for the numerical modeling of electroosmotic flows. According to the previous study of electrokinetic mixing inside the heterogeneous microchannels, existence of the vortexes within the flow field always increase the mixing performance for 2D flows. However, investigations of 3D micromixers show that this increase does not happen for all the situations and in some cases, existence of the vortexes does not enhance the mixing performance. Findings of this research indicate that the asymmetry degree of the flow field pattern is the key parameter for the mixing performance. Within the 3D flow field, there are more opportunities to increase the asymmetries. Consequently, mixing performances of the 3D flows are much larger compared to those of 2D flows. Studies of various 3D cases for electroosmotic micromixer show that mixing performance can be improved or deteriorated depending on the arrangement of the heterogeneities over the microchannel walls. These results confirmed that 2D simulation of mixing could not explain the complete benefits of passive micromixers. These results can apply to the simulation of micromixers used in Lab-on-a-chip devises.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3DMixing
  • micromixer؛ electroosmotic flow؛ non-homogenous charge pattern
CAPTCHA Image