مطالعه اختلاط در ریزمخلوط گرهای الکتروسموتیکی با حل معادلات ارنست -پلانک

در این مقاله پدیده ی اختلاط در ریزمخلوطگرها تحت اثرات الکتروکنتیکی ۱ بصورت عددی مدلسازی شده است . برای مدلسازی جریان الکترواسموتیک درون ریزمجراهای ۲ ناهمگن معادلات ناویر-استوکس برای جریان، ارنست -پلانک ۳ برای توزیع بارهای الکتریکی و معادله غلظت ، همگی به روش عددی حل شدهاند. حل دقیق این معادلات بخصوص معادله ارنست -پلانک به لحاظ عددی نیازمند ملاحظات عددی بسیاری است . لذا به منظور سادهسازی و کاهش هزینه محاسباتی ، مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی ارایه شده است که در آن اثر نیروی میدان الکتریکی بر سیال با سرعت لغزشی در دیوارهی ریزمجرا جایگزین می شود. اعتبار مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی ۴ برای پیش بینی میدانهای جریان دوبعدی به خوبی مورد بررسی قرار گرفته است اما تاکنون میزان دقت نتایج حاصله از آن برای میدان غلظت و راندمان اختلاط در جریانهای دوبعدی ارزیابی نشده است . در این مقاله پارامتر مناسبی برای ارزیابی اختلاط معرفی شده و با استفاده از آن اختلاط ناشی از جریان الکترواسموتیک درون ریزمجرای ناهمگن بررسی شده است . نتایج نشان می دهد که رفتار ریزمخلوطگرهای الکترواسموتیکی تحت تاثیر نحوه آرایش بار الکتریکی ناهمگن و مقدار زتاپتانسیل ۵ دیواره و مقدار ضخامت لایه دوگانه الکتریکی ۶ (که با پارامتر دیبای -هوکل ، K، مقیاس می شود) می باشد. به منظور معرفی بهترین ریزمخلوطگر از لحاظ اختلاطی ، آرایش های متفاوت ناهمگنی روی دیواره مورد مقایسه قرار گرفته است . نتایج این مقایسه نشان می دهد، کانالهایی که الگوی ناهمگنی آنها نامتقارنتر است ، عملکرد بهتری در اختلاط دارند. مقایسه نتایج مدل ارنست -پلانک با مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی نشان داد که با افزایش ضخامت لایه دوگانه الکتریکی یا به عبارتی کاهش مقدار پارامتر دیبای -هوکل ، انحراف مدل تقریبی و حل کامل بیشتر می گردد بطوری که نتایج مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی در محاسبه اختلاط فقط در یک بازه مشخص از مقادیر زتاپتانسیل دیواره و پارامتر دیبای -هوکل دارای دقت مناسب هستند.

کلیدواژه ها:

ریزمخلوط گر ، جریان الکترواسموتیک ، مدل هلمهولتز اسمولوکوفسکی