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

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 7، دوره 24، شماره 1، بهمن 1391، صفحه 103-122   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v24i1.21512

نویسندگان

جعفر جماعتی^{* 1}؛ حمید نیازمند¹؛ سیدعلی میربزرگی²

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشگاه 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

اختلاط سه بعدی؛ ریزمخلوط گر؛ جریان الکترواسموتیک؛ توزیع بار ناهمگن

مراجع