آمار
| تعداد نشریات | 4 |
| تعداد شماره‌ها | 157 |
| تعداد مقالات | 1,854 |
| تعداد مشاهده مقاله | 1,011,761 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 787,341 |
مطالعه اثر لغزش بر عملکرد ریزمخلوط گرهای الکترواسموتیکی بر مبنای معیار انتروپی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده ، انتشار آنلاین از تاریخ 19 آبان 1395 | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2016.776 | ||
| نویسندگان | ||
علی رضا فراهی نیا1؛ جعفر جماعتی  2؛ حمید نیازمند3
| ||
| 1کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد | ||
| 2استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی | ||
| 3استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله اختلاط الکتروکنتیکی درون ریزمجراهای ناهمگن مطالعه شده است و اثر ضریب لغزش، زتاپتانسیل، پارامتر دیبای -هوکل و عدد رینولدز بر راندمان اختلاط بررسی شده است. ریزمجراهای مورد مطالعه دارای توزیع ناهمگن زتاپتانسیل روی دیواره هستند و سایر خواص سطحی آن یکنواخت است. برای بررسی اختلاط الکترواسموتیکی معادلات ناویر- استوکس، ارنست - پلانک، معادله پتانسیل الکتریکی و معادله غلظت به روش عددی حل شده اند. حل عددی این معادلات برای ریزمجراهای با زتاپتانسیل غیریکنواخت، پیچیده و دشوار است. به همین دلیل مدلهای ساده و تقریبی مانند مدل هلمهولتز- اسمولوکوفسکی نیز برای حل این جریانها پیشنهاد شده است که در آن به جای حل معادلات ارنست- پلانک و پواسان- بولتزمن، اثرات میدان الکتریکی بر حرکت سیال توسط اعمال سرعت لغزشی مناسب در دیواره ی ریزمـجرا مدل می شود. از انتروپی توزیع غلظت بعنوان یک معیار کمی برای ارزیابی اختلاط استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که رفتار ریزمخلوط گرهای الکترواسموتیکی به شدت وابسته به مقدار و توزیع زتاپتانسیل دیواره است و در اغلب موارد راندمان اختلاط با کاهش پارامترهای ضریب لغزش، دیبای- هوکل و عدد رینولدز، افزایش می یابد. مشاهده شد که ضریب لغزش نقش جدی بر راندمان اختلاط دارد بنحوی که در مقایسه با اختلاط کانال همگن می تواند در رینولدزهای کم باعث کاهش و در رینولدزهای بالا باعث افزایش راندمان اختلاط گردد. همچنین، دقت مدل تقریبی هلمهولتز - اسمولموکوفسکی نیز مورد بررسی قرار گرفت و معلوم شد که در مواردی که زتاپتانسیل دیواره زیاد باشد و یا مقدار پارامتر دیبای -هوکل کم باشد، نتایج حاصل از این مدل دارای خطای قابل ملاحظه ای نسبت به مدل ارنست - پلانک خواهد بود. علاوه بر این نتیجه گردید که هرچه میزان عدم تقارن بار بیشتر باشد، عملکرد اختلاطی ریزمخلوط گر افزایش می یابد و لذا جهت رسیدن به میزان اختلاط مشخص، طول کمتری نیاز خواهد بود؛ این موضوع در طراحی ریزمخلوط گرها حائز اهمیت است. تحلیلهای دوبعدی انجام شده در این مقاله می تواند بعنوان ابزاری برای طراحی و مدلسازی ریزمخلوط گرهای سه بعدی مورد استفاده قرار گیرد. | ||
| کلیدواژه ها | ||
| اختلاط؛ زتاپتانسیل ناهمگن؛ انتروپی اختلاط؛ جریان الکترواسموتیک؛ مدل هلمهولتز – اسمولوکوفسکی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Study of Slip Effect on Electroosmotic Micromixer Performance based on Entropy Index | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ali Reza Farahinia, jafar jamaati | ||
| چکیده [English] | ||
| In this article electrokinetic mixing through heterogeneous microchannels has been studied and slip coefficient effect, zeta-potential, Debye-Huckel parameter and Reynolds number on mixing efficiency have been investigated. The microchannels studied here, have homogenous surface properties except for zeta-potential which has non-homogenous distribution on the wall. In order to study the electro-osmotic mixing, the Navier-Stokes, Nernst–Planck, electric potential and concentration equations have been solved numerically. Numerical solution of these equations for the heterogeneous micro-channels is complicated and difficult. Therefore, a simple and approximate model such as Helmholtz-Smoluchowski has been proposed. In this model the solutions of Poisson-Boltzmann, Nernst-Planck equations are neglected and the effect of the electric field on the flow field is applied through a prescribed slip boundary condition. Entropy of concentration distribution has been used as a quantitative index to evaluate mixing. The results show that the behavior of electro-osmotic micromixers is highly depended to amount and distribution of wall zeta-potential. Furthermore, mixing efficiency increases with reduction of slip coefficient and Debye-Huckel and Reynolds number parameters in most cases. It is seen that slip coefficient affects seriously on mixing efficiency, somehow it causes decrease of mixing efficiency at low Reynolds number and increase of mixing efficiency at high Reynolds number compared to mixing of homogenous channel. The accuracy of Helmholtz-Smoluchowski approximate model is also investigated and it is found that in high wall zeta-potential cases or low values of Debye-Huckel parameter (correspond to thick EDL), result of this model has significant error compared to Nernst-Planck model. It is also gained that as the charge asymmetric is greater, the micromixer mixing performance increases and so to achieve certain mixing value, less length will be required; this matter has major importance in micromixers design. The accomplished 2D analysis in this article can be used as appliance to design and model 3D micromixers. | ||
| کلیدواژه ها [English] | ||
| Mixing, Heterogeneous Zeta-Potential, Mixing Entropy, Electro-osmotic flow, Helmholtz-Smoluchowski Model | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 256 |
||
