شبیه سازی عددی تشکیل قطره تحت تاثیر میدان الکتریکی در یک دستگاه میکروفلوئیدیکی متمرکزکننده جریان

فرآیند های تشکیل قطرات، یکی از مهمترین مراحل در بسیاری از دستگا های میکروفلوئیدیکی با کاربردهای زیستی و شیمیایی هستند. از عوامل موثر بر فرآیند تشکیل قطره می توان به هندسه دستگاه، خواص سیال مورد استفاده، پارامترهای عملیاتی و نیروهای خارجی اشاره کرد. از آنجایی که ساخت نمونه های فراوان جهت بهینه سازی هندسه ی میکروکانال ملزم به صرف هزینه های سنگین می باشد، در این مطالعه به کمک شبیه سازی با تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی  فرآیند تشکیل قطره پرداخته شده است. هدف از پژوهش حاضر شبیه سازی عددی میکروکانال متمرکزکننده جریان جهت مطالعه ابعاد میکروکانال و تولید قطرات کوچک تحت تاثیر میدان الکتریکی است. نوآوری پژوهش حاضر بررسی پارامترهای هندسی و عملیاتی می باشد که در مطالعات قبلی توجه ای به آن ها نشده است. شبیه سازی عددی این تراشه در فضای دو بعدی انجام پذیرفت. با توجه به فیزیک حاکم بر جریان، فازهای جریان تراکم ناپذیر فرض شده اند. دو پارامتر هندسی طول ناحیه متمرکزکننده جریان و طول اوریفیس مورد بررسی قرار گرفت.  نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد برای طول۱۰۰میکرومتر ناحیه متمرکزکننده جریان در ولتاژ های بالا قطر قطره تا ۵۵ میکرومتر کاهش می یابد. اختلاف زمان تشکیل دو قطره متوالی نیز برای طول ۲۰۰ میکرومتر این ناحیه در ولتاز ۳۰۰ ولت تا ۱۷۸/۰ ثانیه افزایش می یابد. بررسی طول اوریفیس نشان داد که طول اوریفیس تاثیر چندانی بر قطر قطره نمی گذارد اما طول ۹۰ میکرومتر اوریفیس باعث تشکیل قطره بعد از اوریفیس می­ گردد. همچنین نشان داده شد که وقتی فاصله ی الکترود ها از یکدیگر کم باشد به علت افزایش نیروی الکتریکی وارد شده به مرز مشترک دوسیال قطره  کوچکتری تشکیل می شود. در واقع می توان با انتخاب پیکربندی مناسب برای الکترود ها در ولتاژ های پایین تر قطره کوچکتری تشکیل داد.

کلیدواژه ها:

میکروفلوئیدیک ، ریزقطره ، میدان الکتریکی ، متمرکزکننده جریان