مطالعه‌ي راندمان اختلاط يك ريزمخلوط گر الكترواسمتيكي با توزيع ناهمگن بارهاي ديواره

Analysis of Mixing Efficiency in an Electroosmotically Micromixer with Heterogeneous Wall Charge Distribution

در اين مقاله يك ريزمخلوط گر غيرفعال الكترواسمتيكي با بار سطحي ناهمگن روي ديواره‌ي تخت و دو بعدي اش به روش عددي مورد بررسي قرار گرفته است. معادلات حاكم شامل يك معادله‌ي لاپلاس براي توزيع ميدان الكتريكي خارجي، يك معادله‌ي پواسون براي توزيع ميدان الكتريكي درون لايه‌ي دوگانه‌ي الكتريكي، معادله‌ي ارنست – پلانك براي توزيع غلظت يون هاي مثبت و منفي، معادله‌ي ناوير – استوكس اصلاح شده براي ميدان جريان و معادله‌ي حاكم بر غلظت گونه ها براي يك جريان غيرقابل تراكم پايدار به روش حجم محدود حل شده است. اعتبارسنجي كد عددي نوشته شده با مقايسه‌ي نتايج حل جريان الكترواسمتيك ايده آل با زتاپتانسيل ثابت و حل تحليلي موجود انجام شده است. نتايج نشان مي دهد با توزيع مناسب بار هاي ناهمگن سطحي مي توان راندمان اختلاط را تغيير و كنترل نمود. بيشترين راندمان اختلاط مربوط به حالتي است كه عدم تقارن در نحوه‌ي چينش بارهاي ناهمگن ديواره افزايش يابد. هم‌چنين افزايش شدت بار الكتريكي با فرض ثابت بودن قدرت ريزپمپ الكترواسمتيكي، موجب افزايش راندمان اختلاط مي شود.

In this paper, numerical investigation of a flat passive micromixer with heterogeneous surface properties that the flow through it, is driven by the electroosmotic flow have been presented. The governing equations, which consist of a Laplace equation for the distribution of external electric potential, a Poisson equation for the distribution of electric double layer potential, modified Navier-Stokes equations for the flow field, the Nernst-Planck equation for the distribution of ions concentration have been solved numerically for an incompressible steady flow of a Newtonian fluid using the finite-volume method. The key features of an ideal electro-osmotic flow with uniform zeta potential has been compared with analytical solutions for the ionic concentration and velocity fields for the validation of the numerical scheme. Results show that the arrangement of the heterogeneous surface properties has a significant impact on the efficiency of mixing. Maximum mixing efficiency is related to the condition that the asymmetry in the wall of the heterogeneous arrangement loads increase. The increase in intensity of the electric charge with constant power load of the electroosmotic micropump enhances the efficiency of mixing.