بررسي عددي اثر تعداد طبقات بر عملكرد ميكروشير تسلا و مقايسه با ميكروشير نازل-ديفيوزري

Numerical study on the effect of the number of stages on the performance of Tesla microvalve and comparison with nozzle/diffuser microvalve

در اين مطالعه، اثر تعداد طبقات بر روي عملكرد ميكروشير تسلا بررسي شده است. بدين منظور، چيدمان‌هاي مختلف شامل ميكروشيرهاي يك تا چهار‌طبقه به صورت عددي بررسي شدند. از يكسوكنندگي به‌ عنوان معيار اصلي جهت ارزيابي عملكرد شيرها استفاده شد. از محاسبات دوبعدي و حالت پاياي جريان سيال استفاده شد كه وابستگي شديد يكسوكنندگي به عدد رينولدز و افت فشار را آشكار ساخت. نتايج نشان داد كه در شرايط جريان يكسان ميانگين يكسوكنندگي ميكروشير دوطبقه تقريبا 32/1 برابر حالت تك‌طبقه است. طبقات بيشتر پيچيدگي را افزايش مي‌دهند و يكسوكنندگي را به ميزان قابل ملاحظه اي تغيير نمي‌دهند. اين گونه نتيجه گرفته شد كه حالت دوطبقه از شير تسلا در بين چيدمان هاي مورد بررسي بهترين گزينه است. چيدمان دوطبقه از اين شير در ميكروپمپ بدون دريچه، ضمن فشردگي، قابليت سازگاري در كاربردهاي مختلف را دارد. همچنين، عملكرد ميكروشير دوطبقه در سه اندازه متفاوت با يك نمونه ميكروشير نازل-ديفيوزري مقايسه شد. مقايسه‌ها، كه براساس محاسبه مقدار يكسوكنندگي در گستره قابل كاربردي اي از عدد رينولدز انجام شد، نشان داد كه يكسوكنندگي بر حسب عدد رينولدز مستقل از اندازه شير است. همچنين برتري شير تسلا در اعداد رينولدز بالاتر و ضعف اين نوع شير در اعداد رينولدز پايين‌تر نشان داده شد.

In this study, the effect of number of stages on Tesla microvalve performance has been studied. To do this, different layouts including one to four-stage microvalves are investigated numerically. The main criterion is used for evaluation of valves performance is diodicity. Two-dimensional and steady state computations of the fluid flow have been utilized that reveal a strong dependence of diodicity on Reynolds number and the pressure drop. The results showed that for the same flow condition, the diodicity average of the two-stage microvalve is approximately 1.32 times of that of one-stage. Additional stages increase the complexity and they do not change the diodicity considerably. It is concluded that two-stage layout of Tesla type valve is the best option between the studied layouts. A two-stage layout of this valve in valveless micropump besides being compact, has the adaptability of the various functions. Also, the two-stage valve performance in three different sizes is compared with nozzle - diffuser type valve. Comparisons which are performed based on calculation of diodicity for applicable range of Reynolds numbers show that the diodicity is function of Reynolds number and is independent of the valve size. Also, the superiority of the Tesla type valve for higher Reynolds number and its weakness at lower Reynolds number are shown.