مطالعه راندمان اختلاط یک ریزمخلوطگر الکترواسمتیکی با توزیع ناهمگن بارهای دیواره

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 7، دوره 25، شماره 2، شهریور 1393، صفحه 97-110   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v25i2.20290

نویسندگان

محمدمهدی افسری^{* 1}؛ سید علی میربزرگی¹؛ حمید نیازمند²

¹دانشگاه بیرجند

²فردوسی مشهد

چکیده

در این مقاله یک ریزمخلوط گر غیرفعال الکترواسمتیکی با بار سطحی ناهمگن روی دیواره‌ی تخت و دو بعدی اش به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم شامل یک معادله‌ی لاپلاس برای توزیع میدان الکتریکی خارجی، یک معادله‌ی پواسون برای توزیع میدان الکتریکی درون لایه‌ی دوگانه‌ی الکتریکی، معادله‌ی ارنست – پلانک برای توزیع غلظت یون های مثبت و منفی، معادله‌ی ناویر – استوکس اصلاح شده برای میدان جریان و معادله‌ی حاکم بر غلظت گونه ها برای یک جریان غیرقابل تراکم پایدار به روش حجم محدود حل شده است. اعتبارسنجی کد عددی نوشته شده با مقایسه‌ی نتایج حل جریان الکترواسمتیک ایده آل با زتاپتانسیل ثابت و حل تحلیلی موجود انجام شده است. نتایج نشان می دهد با توزیع مناسب بار های ناهمگن سطحی می توان راندمان اختلاط را تغییر و کنترل نمود. بیشترین راندمان اختلاط مربوط به حالتی است که عدم تقارن در نحوه‌ی چینش بارهای ناهمگن دیواره افزایش یابد. هم‌چنین افزایش شدت بار الکتریکی با فرض ثابت بودن قدرت ریزپمپ الکترواسمتیکی، موجب افزایش راندمان اختلاط می شود.

کلیدواژه‌ها

اختلاط؛ ریزمخلوط گر غیرفعال؛ جریان الکترواسمیتک؛ توزیع بار ناهمگن

مراجع

1. Wang, M., Wang, J.K. , Chen, S.Y. and Pan, N., "Electrokinetic pumping effects of charged porous media in microchannels using the lattice Poisson–Boltzmann method", J. Colloid Inter f. Sci.

No. 304, pp. 246–253, (2006).

2. Bhattacharyya, S. and Nayak, A.K., "Electroosmotic flow in micro/nanochannels with surface potential heterogeneity: An analysis through the Nernst–Planck model with convection effect", Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng., No. 339, pp. 167–177, (2009).

3. Chang, C.C. and Yang, R-J "Electrokinetic mixing in microfluidic systems", Microfluid Nanofluid, No. 3, pp. 501–525, (2007).

4. Kamholz, A.E., Weigl, B.H., Finlayson, B.A. and Yager P., "Quantitative analysis of molecular interactive in microfluidic channel: the Tsensor", Anal Chem., No. 71, pp. 5340–5347, (1999).

5. Ismagilov, R.F., Stroock, A.D., Kenis P.J.A, Whitesides, G.M. and Stone, H.A., "Experimental and theoretical scaling laws for transverse diffusive broadening in two-phase laminar flow in microchannels", Appl. Phys. Lett., No. 76, pp. 2376–2378, (2000).

6. Anderson, J.L., Idol, W.K., "Electroosmosisthrough pores with nonuniformly charged walls", Chem. Eng. Commun., No. 38, pp. 93–106, (1985).

7. Ajdari, A., "Electro-osmosis on inhomogeneous charged surfaces", Phys Rev Lett, No. 75, pp.

755–758, (1995).

8. Stroock, A.D., Dertinger, S., K.W., Ajdari, A., Mezic, I., Stone, H.A. and Whitesides, G.M., "Chaotic mixer for microchannels", Science, No. 295, pp. 647–65, (2002).

9. Fushinobu, K. and Nakata, M., "An experimental and numerical study of a liquid mixing device for Microsystems", Trans ASME J Electronic Packaging, No. 127, pp. 141–146, (2005).

10. Wang, J.K., Wang, M. and Li, Z.X., "Lattice Boltzmann simulations of mixing enhancement by the electroosmotic flow in microchannels", Mod. Phys. Lett. B, No. 19, pp. 1515–1518, (2005).

11. Tang, GH. , Li, Z., Wang, J.K. , He, Y.L. , Tao, W.Q., "Electroosmotic flow mixing in microchannels with the lattice Boltzmann Method", J Appl Phys, No. 100, 094908, (2006).

12. Tang, Z., Hong, S., Djukic, D., Modi, V., West, AC., Yardley, J. and Osgood, R.M., "Electrokinetic flow control for composition modulation in a microchannel", J Micromech Microeng, No. 12,

pp. 870–877, (2002).

13. Mirbozorgi, S.A., Niazmand, H. and Renksizbulut, M., "Electro-osmotic flow in reservoir-connected flat microchannels with non-uniform zeta potential", J. Fluid Engineering, No. 128, pp. 1133-1143, (2006.(