بررسي اختلاط ناشي از جريان الكتروكينتيك القايي غير‌خطي در يك ميكروكانال

Investigationof Mixing by Nonlinear-Induced Electrokinetic Flow in a Micro Channel

اختلاط در بسياري از ريزساختار­ها نقش اصلي را ايفا مي­ كند بنابراين افزايش اختلاط در مقياس ميكرو حائز اهميت است. در اين مقاله، اختلاط ناشي از ايجاد جريان الكتروكينتيك القايي غير­خطي در يك ميكروكانال مستطيلي داراي موانع رسانا، به‌صورت عددي موردمطالعه قرارگرفته است. در حاليكه بيشتر مطالعات قبلي در مورد اجسام نارسانا با بار الكتريكي ثابت بوده است، در اين تحقيق، اختلاط با در نظر گرفتن موانع رسانا و ايجاد بار القايي، بررسي‌ شده است كه نوآوري اصلي پژوهش حاضر است. نتايج حل عددي، جريان چرخشي در نزديكي موانع رسانا را نشان مي ­دهد كه باعث افزايش ميزان اختلاط مي ­شود. علت پيدايش گردابه ­ها، توزيع غيريكنواخت زتاپتانسيل القايي بر روي اين موانع است. همچنين اختلاط در ميكروميكسر پيشنهادي به ازاي موقعيت موانع، نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع كانال و زاويه مانع مثلثي با استفاده از پارامتر بازده اختلاط مورد بررسي قرارگرفته است. نتايج نشان مي­دهد در حالتي كه موقعيت و زواياي موانع ثابت باشد، با افزايش نسبت ارتفاع موانع به ارتفاع كانال، بازده اختلاط افزايش مي ­يابد. همچنين در شرايطي كه موقعيت و ارتفاع موانع ثابت باشد، با افزايش زاويه مانع، كاهش بازده اختلاط مشاهده مي‌شود. تأثيرقدرت ميدان الكتريكي خارجي نيز بر ميزان اختلاط بررسي شده و در نهايت، محدوده اعداد بي بعد جهت ميكروميكسري با بازده اختلاط قابل قبول ارائه گرديده است.

Mixing plays an important role in many micro devices; therefore, increasing of mixing in micro devices is important. In this paper, the physics of mixing due to non-linear induced-charge electrokinetic flow in a rectangular microchannel with embedded conducting hurdles is studied. Since most previous studies have focused on non-conductive objects with fixed charges, in the present study, mixing with conductive hurdles and induced charges is investigated. Numerical results show flow circulation near the conductive hurdles which leads to an increase in the mixing. The vortices are generated due to non-uniform distribution of zeta potential on the hurdles. The Mixing efficiency is also reported based on hurdles location, ratio of hurdles height to the channel height and angle of triangular hurdles. When location and angles of the hurdles are fixed, by increasing the ratio of hurdles height to channel height, the mixing efficiency is increased. In addition, with increasing of the angle, the mixing efficiency is decreased. Finally, effect of electric field on mixing is completely analyzed.