در این مقاله، راندمان اختلاط در جریان الکترواسموتیک درون یک ریزمخلوط گر با زتاپتانسیل غیریکنواخت دیواره برای حالت های مختلف به صورت عددی شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، پایدار و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات میدان های پتانسیل الکتریکی داخلی و خارجی، معادلات توزیع غلظت یون های مثبت و منفی (ارنست-پلانک)، معادله ی غلظت گونه ها و معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویر-استوکس) برای میدان جریان سیال به روش عددی حجم محدود حل شده است. به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، نتایج تحلیلی یک جریان ایده آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره ها باردار می باشد، با نتایج حل عددی به دست آمده مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می دهد که با تغییرات زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی به صورت خطی-صعودی، خطی-نزولی و سهموی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت زتا ثابت افزایش می یابد. برای دو حالت تغییر خطی زتاپتانسیل، راندمان اختلاط به 86 درصد و برای تغییر سهموی زتاپتانسیل به 75 درصد افزایش می یابد. این در حالی است که با ثابت بودن زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی، حداکثر راندمان اختلاط 64 درصد می باشد. در حالتی که تنها دیواره بالایی در ناحیه میانی دارای زتاپتانسیل می باشد، نتایج نشان داد که یک ناحیه گردابه ای در جریان ایجاد می گردد. این ناحیه گردابه ای باعث می شود تا راندمان اختلاط به حداکثر (100 درصد) برسد.

در این مقاله، از روش دینامیک ذرات اتلافی برای شبیه سازی ریز پمپ الکترواسموتیک در نقش قلب یک سیستم پیشران فضایی-شیمیایی استفاده می شود. در این شبیه سازی، بر اساس قاعده جریان الکترواسموتیک، سیال توسط ریز پمپ رسانش و پارامتر های متاثر، مانند ابعاد کانال، ولتاژ اعمال شده و اثر جنس سطح یا زتاپتانسیل بررسی و تحلیل شده است. چگونگی توسعه روش شبیه سازی به منظور اعمال نیروی خارجی (نیروی الکترواسموتیک) و همچنین، چگونگی توسعه روش به کانال با ابعاد یا شرایط متفاوت ارایه شده است. نتایج به دست آمده بررسی پروفیل سرعت در کانال به ازای پارامتر های متفاوت متاثر را شامل می شود. این نتایج با حل تحلیلی مقایسه و اعتبارسنجی شده است. در این بررسی نشان داده شده که روش الکترواسموتیک روشی ایده آل برای انتقال سیال به عنوان ریز پمپ در شرایط مختلف و همچنین، کار بردی در شاخص ریز، مانند ریز ماهواره، است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

مطالعه حاضر به بررسی و تحلیل عددی جریان الکترواسموتیک همراه با فشار محرک در سیالات نیوتنی می پردازد. معادلات دو بعدی لاپلاس، پواسون-بولتزمن و مومنتوم با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار در یک میکروکانال مستطیلی به صورت عددی حل می شوند. به منظور بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار از یک الگوریتم بهبود یافته و خوش رفتار برای تحلیل مسائل در میکروکانالها استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی الگوریتم اثر پارامترهای پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی مورد بررسی قرار گرفته است و با نتایج تحلیلی و عددی مقایسه شده است. در وصله میانی میکروکانال که پتانسیل الکتریکی حضور دارد نیروی حجمی ناشی از جریان الکترواسموتیک روی توزیع سهموی سرعت اثر گذاشته و این اثر در مقاله مورد بحث قرار گرفته و تاثیر تغییر پتانسیل زتا و گرادیان فشار اعمالی بر روی جریان نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش گرادیان فشار اعمالی باعث می شود سهم توزیع سهموی سرعت در پروفیل سرعت در ناحیه ترکیبی بیشتر شود و توزیع سرعت به سهموی تخت نزدیک شود درحالیکه افزایش پتانسیل زتا باعث می شود سرعت در لایه دوگانه الکتریکی بیشتر شده و توزیع سرعت به شکل زین اسبی در آید.

در این مقاله با استفاده از یک شبیه سازی عددی و به کمک روش حجم محدود ابتدا ویژگی های حرارتی جریان سیال تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی تنها و عمود بر محور میکروکانال دوبعدی (هیدرودینامیک مغناطیسی)، برای مقادیر مختلف عدد هارتمن مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه ویژگی های حرارتی جریان محلول الکترولیت تحت تاثیر ترکیب دو میدان الکتریکی، یکی در راستای محور میکروکانال (جریان الکترواسموتیک) و دیگری در راستای عمود بر محور کانال، و یک میدان مغناطیسی عمود بر محور کانال و با کمک معادله پواسون-بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان می دهد که به طور کلی حضور میدان مغناطیسی تاثیر قابل توجهی بر پروفیل دمای بدون بعد جریان دارد و باعث زیاد شدن دمای بدون بعد خصوصا در مرکز میکروکانال می شود. اما در زمانی که میدان الکتریکی عرضی وجود دارد، افزایش میدان مغناطیسی تا یک مقدار خاصی باعث کاهش دمای بدون بعد سیال می شود و از آن به بعد روند افزایش دمای بدون بعد سیال با افزایش میدان مغناطیسی شروع می شود.

در این مقاله، از روش دینامیک ذرات اتلافی جهت شبیه سازی زنجیره پلیمری دوسر گیردار در یک میکروکانال با توجه به حرکت سیال توسط میکروپمپ الکرواسموتیک و اثر پارامترهای موثر بر جابجایی زنجیره پلیمری بررسی خواهد شد. از آنجایی که در این شبیه سازی سیال توسط ریز پمپ براساس قاعده جریان الکترواسموتیک رسانش شده، پارامترهای متاثر همانند پارامتر اثر غلظت یونی، میدان الکتریکی اعمال شده، اثر جنس سطح یا زتا پتانسیل بررسی و تحلیل و اعتبار سنجی شده است. در ادامه، یک زنجیره پلیمری در کانال قرار داده شده بصورتی که دو انتهای آن ثابت می باشد و جریان سیال سبب خواهد شد که زنجیره پلیمری جابجا شود. نشان داده می شود که میزان جابجایی زنجیره علاوه بر متاثر بودن از پارامترهای جریان الکترواسموتیک به پارامترهای اصلی زنجیره پلیمری همانند تعداد گوی ها و خاصیت الاستیسه مابین گوی ها بستگی داشته و بهترین پارامتر کنترل و همچنین جهت حرکت زنجیره پلیمر در حین عملکرد، میدان الکتریکی است. نشان داده شده است که با تغییر میدان الکتریکی از 50 به 150 ولت بر متر بازای 20 گوی میزان جابجایی زنجیره دوبرابر افزایش نموده در حالی که اگر تعداد گوی ها به 40 عدد اضافه شود در ولتاژ 100 ولت بر متر میزان جابجایی حدود 3 برابر افزوده خواهد شد. همچنین اثر موقعیت نصب نیز بررسی شده و نشان داده شده است با تغییر موقعیت نصب از مختصاد عمودی 4 و 4-به 9/5 و-9/5 میکرومتر، بازای جابجایی زنجیره یکسان، میزان میدان الکتریکی به نصف کاهش یافته و میزان نوسان کمتر میشود.