بررسي عددي هدايت ذرات زير ميكروني در گردابه‌هاي صوتي ايجاد شده در ميكروكانال هاي سينوسي و دندانه دار

Numerical study of the manipulation of sub-micrometer particles in uncommon acoustic streaming vortices inside sinusoidal and toothed microchannels

تشكيل جريان‌هاي پايا به صورت گردابه‌هاي ناخواسته‌ در داخل ميكروكانال‌هاي تحت تأثير ميدان فراصوتي، پديده‌اي غير خطي با رفتار پيچيده است كه تا مدت‌ها به عنوان عامل مزاحم در پديده آكوستوفورزي براي هدايت ميكروذرات محسوب مي‌شد. در سال‌هاي اخير دانشمندان با شناخت بيشتر اين پديده و عوامل مؤثر بر آن، از اين پديده نه به عنوان عامل مزاحم بلكه به عنوان نيروي مؤثر براي متمركز كردن ذرات زير ميكروني يا مخلوط كردن سيالات در سيستم‌هاي تحت تاثير ميدان فراصوتي استفاده كرده‌اند. يكي از عوامل مژثر بر طرح گردابه هاي تشكيل شده از اين نوع، هندسه ديواره‌هاي ميكروكانال است كه به علت پيچيدگي اثرات آن، با محاسبات عددي قبل از ساخت مي‌توان طرح مناسب با كاربرد مورد نظر را پيش‌بيني نمود. در اين مقاله به بررسي اثر ديواره هاي سينوسي شكل و همچنين دندانه‌دار ميكروكانال‌ها بر طرح گردابه‌هاي استريمينگ و مقايسه آن با اثر ديواره‌هاي تخت پرداخته شده است. در اين مقاله، سه گردابه بزرگ در كنار هم در محيط مركزي ميكروكانال با ديواره‌هاي سينوسي و دندانه‌دار در ابعادي معين مشاهده شده است. چنين طرحي در كانال با ديواره‌هاي تخت به هيچ عنوان قابل دستيابي نبوده است. به اين ترتيب براي كانال‌هاي سينوسي و دندانه‌دار با دامنه هندسي معين، مخلوط كردن سيالات و يا به تله انداختن ذرات بسيار ريز در نقاطي در مركز كانال، امكان پذير خواهد بود.

The creation of inadvertent steady streaming vortices inside microchannels under the effect of an external ultrasound field is a nonlinear phenomenon that was known as a troublesome effect in acoustophoretic manipulation of microparticles. In recent years this phenomenon has been treated properly and has turned into a very useful parameter in acoustic tweezing of submicrometer particles or micromixing of fluids in acoustofluid systems. The geometry of the fluid container plays a key role in the shape of acoustic streaming patterns. Because of the complexity of this effect, numerical calculations need to be carried out and predict the most convenient design for special applications. In this paper, we investigate the effect of sinusoidal as well as the toothed sidewalls of microchannels on acoustic streaming patterns and compare them with the effects of the flat sidewalls. The pattern of the three large vortices has observed in the bulk of sinusoidal and toothed microchannels in specific dimensions. Such a pattern was not achievable in a flat geometry. It allows for sinusoidal and toothed channels with a specific geometric range, to have the application of fluid mixing or particle trapping.