بررسی اثر هندسه و بارگذاری سطح بر اختلاط الکترواسموتیک در میکروکانال های همگرا(واگرا) با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در این تحقیق اثرات توزیع پتانسیل سطحی ریزمجرا و تغییرات هندسی آن بر میزان اختلاط در جریان های الکترواسموتیک مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه های مورد بررسی شامل کانال های مستقیم، همگرا، واگرا و همگرا-واگرا است. شبیه سازی جریان الکترواسموتیک با تکیه بر حل معادلات ناویر-استوکس و نرنست – پلانک برای محاسبه توزیع میدان سرعت و بار الکتریکی به کمک روش عددی شبکه بولتزمن صورت گرفته است. صحت شبیه سازی با مقایسه میان حل عددی بدست آمده از روش شبکه بولتزمن و حل تحلیلی موجود در شرایط بارگذاری یکنواخت مورد ارزیابی قرار گرفته است و در نهایت میدان جریان و پدیده اختلاط در حضور بارگذاریهای ناپیوسته سطحی به منظور دست یابی به الگوی اختلاطی مناسب بررسی شده است. نتایج عددی حاکی از بهبود قابل ملاحظه اختلاط در ریز مجراهای همگرا است که در عین حال با کاهش نسبتا زیاد دبی همراه بوده است و بالعکس استفاده از میکروکانال های واگرا منجر به افزایش دبی و کاهش اختلاط شده است. از این رو با استفاده از هندسه های همگرا - واگرا می توان به تعادل مناسبی از دبی و راندمان اختلاط دست یافت. نتایج عددی نشان می دهد که استفاده از ریزمجرای همگرا – واگرا سبب ایجاد راندمان اختلاط ۹۰٪ همراه با دبی مناسب در مقایسه با ریز مجرای واگرا- همگرا می شود.

کلیدواژه ها:

Lattice Boltzmann Method ، Mixing ، Electroosmotic ، Nernst–Planck ، converging–diverging microchannel ، شبکه بولتزمن ، اختلاط ، الکترواسموتیک ، نرنست-پلانک ، میکرو کانال همگرا-واگرا