بررسی اختلاط ناشی از جریان الکتروکینتیک القایی غیر‌خطی در یک میکروکانال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

اختلاط در بسیاری از ریزساختار­ها نقش اصلی را ایفا می­کند بنابراین افزایش اختلاط در مقیاس میکرو حائز اهمیت است. در این مقاله، اختلاط ناشی از ایجاد جریان الکتروکینتیک القایی غیر­خطی در یک میکروکانال مستطیلی دارای موانع رسانا، به‌صورت عددی موردمطالعه قرارگرفته است. در حالیکه بیشتر مطالعات قبلی در مورد اجسام نارسانا با بار الکتریکی ثابت بوده است، در این تحقیق، اختلاط با در نظر گرفتن موانع رسانا و ایجاد بار القایی، بررسی‌شده است که نوآوری اصلی پژوهش حاضر است. نتایج حل عددی، جریان چرخشی در نزدیکی موانع رسانا را نشان می­دهد که باعث افزایش میزان اختلاط می­شود. علت پیدایش گردابه­ها، توزیع غیریکنواخت زتاپتانسیل القایی بر روی این موانع است. همچنین اختلاط در میکرومیکسر پیشنهادی به ازای موقعیت موانع، نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع کانال و زاویه مانع مثلثی با استفاده از پارامتر بازده اختلاط مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان می­دهد در حالتی که موقعیت و زوایای موانع ثابت باشد، با افزایش نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع کانال، بازده اختلاط افزایش می­یابد. همچنین در شرایطی که موقعیت و ارتفاع موانع ثابت باشد، با افزایش زاویه مانع، کاهش بازده اختلاط مشاهده می‌شود. تأثیرقدرت میدان الکتریکی خارجی نیز  بر میزان اختلاط بررسی شده و در نهایت، محدوده اعداد بی بعد جهت میکرومیکسری با بازده اختلاط قابل قبول ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها


 [1] Nguyen N.T. and  Wu Z., Micromixers—a review, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 15, No. 2, pp. R1, 2005.
[2] Hinsmann P., Frank J., Svasek P., Harase M., and Lendl B., Design, simulation and application of a new micromixing device for time resolved infrared spectroscopy of chemical reactions in solution, Lab on a Chip, Vol. 1, No. 1, pp. 16-21, 2001.
[3] Delaquis P. J., Stanich K., Girard B., and Mazza G., Antimicrobial activity of individual and mixed fractions of dill, cilantro, coriander and eucalyptus essential oils, International journal of food microbiology, Vol. 74, No. 1, pp. 101-109, 2002.
[4] Roy S., and Acharya S., Scalar mixing in a turbulent stirred tank with pitched blade turbine: Role of impeller speed perturbation, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 90, No. 7, pp. 884-898, 2012
[5] Roy S., and Acharya S., Scalar mixing in a turbulent stirred tank with pitched blade turbine: Role of impeller speed perturbation, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 90, No. 7, pp. 884-898, 2012.
[6] Herr A. E., Molho J. I., Santiago J. G., Mungal M. G.,Kenny T. W., and Garguilo M. G., Electroosmotic capillary flow with nonuniform zeta potential, Analytical Chemistry, Vol. 72, No. 5, pp. 1053-1057, 2000.
[7] Yariv E., Induced-charge electrophoresis of nonspherical particles, Physics of Fluids (1994-present), Vol. 17, No. 5, pp. 051702, 2005.
[8]Martinez‐Duarte R., Microfabrication technologies in dielectrophoresis applications—A review, Electrophoresis, Vol. 33, No. 21, pp. 3110-3132, 2012.
[9] Ramos A., Morgan H., Green N. G., and Castellanos A., AC electric-field-induced fluid flow in microelectrodes, Journal of colloid and interface science, Vol. 217, No. 2, pp. 420-422, 1999.
[10] Anderson J. L., Colloid transport by interfacial forces, Annual review of fluid mechanics, Vol. 21, No. 1, pp. 61-99, 1989.
[11] Green N. G., Ramos A., González A., Morgan H., and Castellanos A., “Fluid flow induced by nonuniform ac electric fields in electrolytes on microelectrodes. I. Experimental measurements, Physical review E, Vol. 61, No. 4, pp. 4011, 2000.
[12] Bazant M. Z., and Squires T. M., Induced-charge electrokinetic phenomena: theory and microfluidic applications, Physical Review Letters, Vol. 92, No. 6, pp. 066101, 2004.
[13] Wu Z., and Li D., Mixing and flow regulating by induced-charge electrokinetic flow in a microchannel with a pair of conducting triangle hurdles, Microfluidics and Nanofluidics, Vol. 5, No. 1, pp. 65-76, 2008.
[14] Wu Z., Nguyen N.-T., and Huang X., Nonlinear diffusive mixing in microchannels: theory and experiments, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 14, No. 4, pp. 604, 2004.
[15] Islam N., Optimization of AC Electrokinetic Mixing by Nanocomposite Monolayer, pp. V009T12A077-V009T12A077.
[16]Wu H.-Y., and Liu C.-H., A novel electrokineticmicromixer,” Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 118, No. 1, pp. 107-115, 2005.
[17] Daghighi Y., and Li D., Numerical study of a novel induced-charge electrokinetic micro-mixer, Analyticachimicaacta, Vol. 763, pp. 28-37, 2013.
[18] Vishnu S. B., and Menon A. C., mathematical modelling of electroosmotic flow through a slit microchannel under the influence of varying electricfield, 2014.
[19] Lee S. J., Jeon T.-J., Kim S. M., and Kim D., Quantification of Vortex Generation Due to Non-Equilibrium Electrokinetics at the
Micro/Nanochannel Interface: Spectral Analysis, Micromachines, Vol. 7, p. 109, 2016.
[20] Feng H. and Wong T. N., Pair interactions in induced charge electrophoresis of conducting cylinders, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 88, pp. 674-683, 2015.
[21] Bera S. and Bhattacharyya S., Electrokinetic Effects on Solute Mixing Near a Conducting Obstacle Within a Microchannel, in Mathematics and Computing, ed: Springer, 2015, pp. 427-439.
 [22] Squires T. M., and Bazant M. Z., Induced-charge electro-osmosis,” Journal of Fluid Mechanics, Vol. 509, pp. 217-252, 2004.
[23] Li D., Electrokinetics in Microfluidics, Department of Mechanical &Industrial Engineering, Canada   , 2004 .
[24] Hunter R. J., Zeta potential in colloid science: principles and applications: Academic press, 2013.
[25] Wu Z., and Li D., Micromixing using induced-charge electrokinetic flow, ElectrochimicaActa, Vol. 53, No. 19, pp.5827-5835,2008 .