بررسی اختلاط در ریزمخلوط گرهای الکترواسموتیک-فشار محرک برای سیال غیرنیوتونی حاوی نانوذرات دارویی خنثی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

چکیده

در این مقاله شبیه ‏سازی دوبعدی اختلاط نانوذرات دارو در سیال غیرنیوتونی درون ریزمجرای T شکل انجام شده و تأثیر استفاده از پدیدة الکترواسموتیک به عنوان روشی برای بهبود اختلاط و همچنین تأثیر پارامترهای مختلف از جمله کسر حجمی نانوذرات، گرادیان فشار و خواص رئولوژیکی سیال بر رفتار اختلاط مورد بررسی قرار گرفته است. روش عددی بر مبنای روش المان محدود بوده که با استفاده از نرم‏افزار COMSOL Multiphysics پیاده سازی شده است. تمامی خواص فیزیکی در سیال به صورت تابعی از غلظت محلی ذرات در نظر گرفته شده است. انتظار می‏رود که افزایش کسر حجمی نانوذرات در شاخة ورودی نانودارو باعث افزایش غلظت متوسط در خروجی کانال شود اما نتایج به دست آمده نشان می دهد که در این حالت میزان غلظت در خروجی کاهش می­یابد. همچنین مشخص شد که استفاده از پدیدة الکترواسموتیک به منظور ایجاد بهبود در اختلاط نهایی صورت گرفته بسیار مؤثر واقع می‏ گردد. به علاوه مشخص شد که اعمال اختلاف فشار بیشتر میان مرزهای ورودی و خروجی کانال موجب کاهش بازده اختلاط نانوذرات می‏ گردد در حالی که تغییر شاخص رفتار سیال غیرنیوتونی در حالتی که محرک جریان گرادیان فشار باشد، تأثیر بسیار اندکی بر تغییر راندمان اختلاط درون کانال دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wang W.and Soper S. A., Bio-MEMS : technologies and applications. CRC/Taylor & Francis, Boca Raton, 2007.
[2] Lee C. Y., Lee G. B., Lin J. L., Huang F. C.and Liao C. S., Integrated microfluidic systems for cell lysis, mixing/pumping and DNA amplification. Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 15,No. 6, pp. 1215-1223, 2005.
[3] Suh Y. K.and Kang S., A Review on Mixing in Microfluidics. Micromachines, vol. 1,No. 3, pp. 82-111, 2010.
[4] Bera S.and Bhattacharyya S., On mixed electroosmotic-pressure driven flow and mass transport in microchannels. International Journal of Engineering Science, vol. 62,pp. 165-176, 2013.
[5] Bhattacharyya S.and Bera S., Combined electroosmosis-pressure driven flow and mixing in a microchannel with surface heterogeneity. Applied Mathematical Modelling, vol. 39,No. 15, pp. 4337-4350, 2015.
[6] Yang J. T., Fang W. F.and Tung K. Y., Fluids mixing in devices with connected-groove channels. Chemical Engineering Science, vol. 63,No. 7, pp. 1871-1881, 2008.
[7] Biddiss E., Erickson D.and Li D., Heterogeneous surface charge enhanced micromixing for electrokinetic flows. Anal Chem, vol. 76,No. 11, pp. 3208-3213, 2004.
[8] Ebrahimi S., Hasanzadeh-Barforoushi A., Nejat A.and Kowsary F., Numerical study of mixing and heat transfer in mixed electroosmotic/pressure driven flow through T-shaped microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 75,pp. 565-580, 2014.
[9] Cho C. C., Chen C. L.and Chen C. o. K., Mixing enhancement of electrokinetically-driven non-Newtonian fluids in microchannel with patterned blocks. Chemical Engineering Journal, vol. 191,pp. 132-140, 2012.
[10] Isa M. H. M., Zhao X.and Yoshino H., Preliminary study of passive cooling strategy using a combination of PCM and copper foam to increase thermal heat storage in building facade. Sustainability, vol. 2,No. 8, pp. 2365-2381, 2010.
[11] Li J.and Kleinstreuer C., Microfluidics analysis of nanoparticle mixing in a microchannel system. Microfluidics and Nanofluidics, vol. 6,No. 5, pp. 661-668, 2008.
[12] Zhao G. P., Jian Y. J.and Li F. Q., Electromagnetohydrodynamic Flow and Heat Transfer of Nanofluid in a Parallel Plate Microchannel. Journal of Mechanics, vol. 33,No. 01, pp. 115-124, 2016.
[13] Liu Y., Shah S.and Tan J., Computational Modeling of Nanoparticle Targeted Drug Delivery. Reviews in Nanoscience and Nanotechnology, vol. 1,No. 1, pp. 66-83, 2012.
[14] Xu Z., Wang C., Sheng N., Hu G., Zhou Z.and Fang H., Manipulation of a neutral and nonpolar nanoparticle in water using a nonuniform electric field. J Chem Phys, vol. 144,No. 1, p. 014302, 2016.
[15] Brasseur G.and Jacob D. J., Modeling of atmospheric chemistry. Cambridge University Press, Cambridge, 2017.
[16] Deen W. M., Analysis of transport phenomena. Oxford University Press, New York, 1998.
[17] Dehghan Manshadi M. K., Khojasteh D., Mohammadi M.and Kamali R., Electroosmotic micropump for lab-on-a-chip biomedical applications. International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, vol. 29,No. 5, pp. 845-858, 2016.
[18] Farazdaghi H.and Harris P., Plant competition and crop yield. Nature, vol. 217,No. 5125, p. 289, 1968.
[19] Ferrouillat S., Bontemps A., Ribeiro J.-P., Gruss J.-A.and Soriano O., Hydraulic and heat transfer study of SiO2/water nanofluids in horizontal tubes with imposed wall temperature boundary conditions. International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 32,No. 2, pp. 424-439, 2011.
[20] Chen Y. j., Wang P. y.and Liu Z. h., Application of water-based SiO2 functionalized nanofluid in a loop thermosyphon. International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 56,No. 1-2, pp. 59-68, 2013.
[21] Karmel P. R., Colef G. D.and Camisa R. L., Introduction to electromagnetic and microwave engineering. Wiley, New York, 1998.
[22] Chakraborty S.and Roy S., Thermally developing electroosmotic transport of nanofluids in microchannels. Microfluidics and Nanofluidics, vol. 4,No. 6, pp. 501-511, 2007.
[23] Erickson D., Electroosmotic Flow (DC). Li D., editor. Springer US, Boston, MA, 2008.
[24] Shamloo A., Mirzakhanloo M.and Dabirzadeh M. R., Numerical Simulation for efficient mixing of Newtonian and non-Newtonian fluids in an electro-osmotic micro-mixer. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, vol. 107,pp. 11-20, 2016.
[25] Afonso A. M., Ferrás L. L., Nóbrega J. M., Alves M. A.and Pinho F. T., Pressure-driven electrokinetic slip flows of viscoelastic fluids in hydrophobic microchannels. Microfluidics and Nanofluidics, vol. 16,No. 6, pp. 1131-1142, 2013.
[26] 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, p. 604, 2004.
[27] El-Kareh B., Thermal Oxidation and Nitridation. Springer US, Boston, MA, 1995.