شبيه‌سازي عددي يك ميكروميكسر L شكل و بررسي اثر تغييرات پارامترهاي هندسي بر عملكرد آن

Numerical simulation of an L-shaped micromixer and investigation of the effect of variations of geometrical parameters on its performance

به علت تكنولوژي ساخت و پياده‌سازي آسان ميكروميكسرهاي منفعل در يك سيستم ميكروسيالي پيچيده، در اين مطالعه يك نوع ميكروميكسر منفعل بررسي شده ‌است. ميكروميكسرهاي منفعل با افزايش سطح تماس دو سيال و كاهش فاصله پخش مولكولي، ميزان اختلاط را افزايش مي‌دهند. در مطالعه حاضر تحليل عددي يك Lميكروميكسر به منظور بررسي رفتار اختلاط و مشخصه‌هاي جريان سيال به ازاي تغييرات پارامترهاي هندسي كليدي در چهار عدد رينولدز مختلف انجام شده است. سه پارامتر هندسي بي‌بعد طول نرمال، نسبت طول و نسبت ابعاد تعريف شده‌اند. شبيه‌سازي‌ها در عدد اشميت 900.18 انجام شده است. همچنين عدد رينولدز در محدوده بين 50 تا 200 انتخاب شده است. از يك شاخص اختلاط براي ارزيابي رفتار اختلاط در ميكروكانال استفاده شده است. صحت شبيه‌سازي انجام شده، با مقايسه نتايج كار حاضر با نتايج مطالعات معتبر ديگران به اثبات رسيده است. نتايج نشان مي‌دهند كه شاخص اختلاط و افت فشار در يك كانال مارپيچ به تغيير پارامترهاي هندسي ميكروكانال حساس هستند، و به ازاي اعداد رينولدز مختلف رفتار متفاوتي را نشان مي‌دهند. علاوه بر اين، به علت تغيير جهت‌هاي تند °90 در ميكروكانال، نيروي گريز از مركز براي ايجاد گردابه به اندازه كافي بزرگ است، كه منجر به جابه‌جايي نامنظم مي‌شود.

Due to easy manufacturing technology and implementation of passive micromixers in a complex microfluidic system, in this study, a type of passive micromixer has been investigated. Passive micromixers increase the mixing rate by increasing the contact surface of two fluids and reducing the distance of molecular diffusion. In the present study, numerical analysis of an L-micromixer has been performed to investigate the mixing behavior and characteristics of fluid flow with changes in key geometrical parameters at four Reynolds numbers. Three non-dimensional geometrical parameters, i.e., normalized length (ZR), length ratio (LR), and aspect ratio (AR) have been defined. Simulations have been performed at the Schmidt number of 900.18. The Reynolds number has also been selected in the range of 50 to 200. A mixing index has been used to quantify mixing behavior in the microchannel. The accuracy of the simulation has been proved by comparing current results with the results of other valid studies. The results reveal that mixing index and pressure drop in a serpentine channel are sensitive to the changes of geometric parameters of the microchannel, and show different behavior at various Reynolds numbers. Furthermore, due to the sharp 90° turns in the microchannel, the inertial force is large enough to cause vortices, which leads to chaotic advection.