پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 431 |
| تعداد مقالات | 5,601 |
| تعداد مشاهده مقاله | 7,202,359 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,066,155 |
تحلیل عددی یک میکروپمپ مکانیکی با استفاده از میکروشیرهای غشایی برای کاربردهای میکروسیالاتی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 4، دوره 53، شماره 5 (Special Issue)، مرداد 1400، صفحه 3171-3186 اصل مقاله (2.49 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2020.18017.6711 | ||
| نویسندگان | ||
| جلیل مظلوم* ؛ علیرضا شمسی | ||
| دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله، به تحلیل عددی یک میکروپمپ جهت استفاده در کاربردهای میکروسیالاتی اشاره شده است. هر کدام از قسمت‌های میکروپمپ شامل میکروشیرها و محفظه ی پمپاژ، با استفاده از روش تحلیل برهم کنش سیال-جامد در فضای سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج عملکرد آن‌ها بصورت مستقل استخراج شده است. از این نتایج برای حل معادله فشار پمپاژ میکروپمپ استفاده شده تا به کمک آن نرخ جریان میکروپمپ در حوزه زمان بدست آید. سپس، اثرات تغییر دامنه تحریک، فرکانس تحریک و فشار معکوس بر روی نرخ جریان میکروپمپ در حوزه زمان مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی میکروشیر نشان می‌دهد که اگر فشار سیال از یک سطح آستانه که مقدار آن برابر 100 پاسکال است بیشتر شود، جریان برقرار می‌شود. ولی در مد عملکرد معکوس می‌تواند جریان سیال را با نرخ نشتی قابل اغماض، سد کند. بررسی‌ها نشان می‌دهد، زمانی‌که فرکانس تحریک برابر 1 هرتز است، به ازای فشار تحریک 1000، 1500 و 2000 پاسکال، نرخ جریان میکروپمپ به ترتیب برابر با 30، 48 و 65 میلی متر مکعب بر دقیقه می‌باشد که مقداری رایج در میکروپمپ‌های میکروسیالاتی و آزمایشگاه روی تراشه می‌باشد. همچنین زمانی‌که دامنه تحریک برابر 1000 پاسکال است، فارغ از فرکانس تحریک، میکروپمپ حداکثر می‌توان بر فشار معکوس حدود 950 پاسکال غلبه کند. نتایج بدست‌آمده نشان می‌دهد که میکروپمپ شبیه‌سازی‌شده برای کاربردهای ریزسیالاتی و آزمایشگاه روی تراشه تطبیق دارد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| ریزسیالات؛ میکروپمپ؛ میکروشیر؛ روش اجزاء محدود؛ برهم‌کنش سیال-جامد | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical analysis of mechanical micropump using membrane-based check-valves for microfluidic applications | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Jalil Mazloum؛ Alireza shamsi | ||
| Department of Electrical Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology | ||
| چکیده [English] | ||
| In this paper, we mentioned a numerical analysis method for simulation of a micropump for microfluidic applications. Each section of the micropump, including microvalves and pumping chamber, were studied using three-dimensional fluid-structure interaction analysis and their operational characteristic equations were extracted independently. These extracted equations were used to solve time-domain pressure equation and to obtain the flow rate of micropump. Afterwards, we were able to study different effects of actuation pressure and actuation frequency on micropump’s flow rate with and without the presence of outlet backpressure. The results of microvalve show that it lets fluid pass through after passing threshold pressure of about 100 Pa. However, it blocks fluid flow in reverse mode with extremely negligible leakage rate. The results of micropump operation show that when actuation frequency is 1 Hz and actuation pressures are equal to 1000, 1500, 2000 Pa, pumping flow rate reaches 30, 48 and 65 mm3/min, respectively. Also, this micropump can overcome maximum backpressure of approximately 950 Pa when it was actuated using pressure of 1000 Pa, regardless of its actuation frequency. These results show that the simulated micropump reasonably agrees to the microfluidic and lab-on-a-chip applications. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Microfluidics, Micropump, Microvalve, Finite element method, Fluid-structure interaction | ||
| مراجع | ||
|
[1] A.K. Au, H. Lai, B.R. Utela, A. Folch, Microvalves and micropumps for BioMEMS, Micromachines, 2(2) (2011) 179-220. [2] Y.-N. Wang, L.-M. Fu, Micropumps and biomedical applications–A review, Microelectronic Engineering, 195 (2018) 121-138. [3] P.K. Das, A.T. Hasan, Mechanical micropumps and their applications: A review, in: AIP Conference Proceedings, AIP Publishing, 2017, pp. 020110. [4] D. Fernandes, Y. Suh, Numerical simulation and design optimization of an electrohydrodynamic pump for dielectric liquids, International Journal of Heat and Fluid Flow, 57 (2016) 1-10. [5] M. Mehdipoor, R.H. Vafaie, A. Pourmand, E. Poorreza, H.B. Ghavifekr, A novel four phase AC electroosmotic micropump for lab-on-a-chip applications, in: 2012 8th International Symposium on Mechatronics and its Applications, IEEE, 2012, pp. 1-6. [6] A. Alipour, M. Korayem, D. Younesian, Design and simulation of a magnetohydrodynamic micro-pump to provide time varying tensile force for vibration suppression in viscoelastic micro-beams, Journal of Mechanical Science and Technology, 33(5) (2019) 2149-2159. [7] R. Rimsa, Surface acoustic wave microfluidic pumps for on-chip diagnostics, University of Leeds, 2018. [8] V.L. Le, N.C. Nguyen, N.A. Nguyen, T.T. Bui, V.T. Dau, D.T. Chu, A valveless micropump based on additive fabrication technology, (2017). [9] T. Wang, J. He, J. Wang, L. Lv, Q. Li, W. Luo, C. Wu, Y. Shuai, W. Zhang, Numerical and Experimental Study of Valve-Less Micropump Using Dynamic Multiphysics Model, in: 2018 IEEE 13th Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS), IEEE, 2018, pp. 300-303. [10] S.A.F. Farshchi Yazdi, A. Corigliano, R. Ardito, 3-D Design and Simulation of a Piezoelectric Micropump, Micromachines, 10(4) (2019) 259. [11] J. Kang, G.W. Auner, Simulation and verification of a piezoelectrically actuated diaphragm for check valve micropump design, Sensors and Actuators A: Physical, 167(2) (2011) 512-516. [12] R. Zengerle, M. Richter, Simulation of microfluid systems, Journal of Micromechanics and Microengineering, 4(4) (1994) 192. [13] H.-K. Ma, B.-R. Hou, H. Wu, C.-Y. Lin, J.-J. Gao, M.-C. Kou, Development and application of a diaphragm micro-pump with piezoelectric device, Microsystem Technologies, 14(7) (2008) 1001-1007. [14] J. Ni, B. Wang, S. Chang, Q. Lin, An integrated planar magnetic micropump, Microelectronic engineering, 117 (2014) 35-40. [15] K.W. Oh, C.H. Ahn, A review of microvalves, Journal of micromechanics and microengineering, 16(5) (2006) R13. [16] J. Kang, J.V. Mantese, G.W. Auner, A self-priming, high performance, check valve diaphragm micropump made from SOI wafers, Journal of Micromechanics and Microengineering, 18(12) (2008) 125021. [17] A.a.T. Al-Halhouli, S. Demming, A. Dietzel, S. Büttgenbach, Design, fabrication, and characterization of a continuous flow micropump system, Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 8(2) (2016). [18] A. Pourmand, S.A.M. Shaegh, H.B. Ghavifekr, E.N. Aghdam, M.R. Dokmeci, A. Khademhosseini, Y.S. Zhang, Fabrication of whole-thermoplastic normally closed microvalve, micro check valve, and micropump, Sensors and Actuators B: Chemical, 262 (2018) 625-636. [19] T. Bourouina, J.-P. Grandchamp, Modeling micropumps with electrical equivalent networks, Journal of Micromechanics and Microengineering, 6(4) (1996) 398. [20] Q. Gong, Z. Zhou, Y. Yang, X. Wang, Design, optimization and simulation on microelectromagnetic pump, Sensors and Actuators A: Physical, 83(1-3) (2000) 200-207. [21] S. Khalilian, S.S. Park, T. Freiheit, Low Cost Micro-Pump Valve Design, in: ASME 2012 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2012, pp. 151-159. [22] S. Fournier, E. Chappel, Modeling of a piezoelectric MEMS micropump dedicated to insulin delivery and experimental validation using integrated pressure sensors: Application to partial occlusion management, Journal of Sensors, 2017 (2017). [23] A. Pourmand, S.A. Mousavi Shaegh, H. Badri, E. Najafi Aghdam, Implementation and Characterization of a Quake Microvalve Using Thermoplastic Materials for Lab on a Chip Applications, TABRIZ JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING, 48(3) (2018) 1047-1058. [24] B. Mosadegh, C.-H. Kuo, Y.-C. Tung, Y.-s. Torisawa, T. Bersano-Begey, H. Tavana, S. Takayama, Integrated elastomeric components for autonomous regulation of sequential and oscillatory flow switching in microfluidic devices, Nature physics, 6(6) (2010) 433. [25] J.H. Kim, K.T. Lau, R. Shepherd, Y. Wu, G. Wallace, D. Diamond, Performance characteristics of a polypyrrole modified polydimethylsiloxane (PDMS) membrane based microfluidic pump, Sensors and Actuators A: Physical, 148(1) (2008) 239-244. [26] C. AG, in, Covestro AG, 2019. [27] Z. Lai, B. Karney, S. Yang, D. Wu, F. Zhang, Transient performance of a dual disc check valve during the opening period, Annals of Nuclear Energy, 101 (2017) 15-22. [28] N.-T. Nguyen, S.T. Wereley, S.A.M. Shaegh, Fundamentals and applications of microfluidics, Artech house, 2019. [29] F.-K. Benra, H.J. Dohmen, J. Pei, S. Schuster, B. Wan, A comparison of one-way and two-way coupling methods for numerical analysis of fluid-structure interactions, Journal of applied mathematics, 2011 (2011). [30] H. Bruus, Theoretical microfluidics, Oxford university press Oxford, 2008. [31] C. Hirt, A. Amsden, J. Cook, An arbitrary Lagrangian–Eulerian computing method for all flow speeds, Journal of computational physics, 135(2) (1997) 203-216. [32] Jean Donea, Antonio Huerta, J.‐ Ponthot, A. Rodríguez‐Ferran, Arbitrary Lagrangian–Eulerian Methods, in: Encyclopedia of Computational Mechanics, 2004. [33] G.T. Bui, J.-H. Wang, -.L. Lin Jr, Optimization of Micropump Performance Utilizing a Single Membrane with an Active Check Valve, Micromachines, 9(1) (2018) 1. [34] D. Dumont-Fillon, H. Tahriou, C. Conan, E. Chappel, Insulin micropump with embedded pressure sensors for failure detection and delivery of accurate monitoring, Micromachines, 5(4) (2014) 1161-1172. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 781 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,080 |
||