بررسی عددی ناپایداری الکتروکینتیک در میکرومیکسینگ

امروزه با پیشرفت روزافزون علم و فناوری، استفاده از سیستم ها و تجهیزات با اندازه ی کوچک تر در علوم و صنایع مختلف بیشتر و بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. سیستم های در مقیاس میکرو و نانو. از جمله ی این کاربرد ها می توان به سیستم های lab-on-a-chip اشاره کرد. این سیستم ها در واقع کاری که یک آزمایشگاه انجام می دهد را بر روی یک صفحه با اندازه های چند سانتیمتر مربع انجام می دهند. یکی از مهم ترین کاربرد های این سیستم ها در سطح دنیا، استفاده از آن ها در تشخیص بیماری ایدز است. سیستم های lab-on-a-chip خود از قسمت های مختلفی تشکیل شده اند. از جمله ی این قسمت ها می توان به میکروپمپ ها برای تأمین جریان، میکرومیکسرها برای مخلوط کردن دو یا چند جریان، میکرو رآکتورها برای انجام واکنش ها و ... اشاره کرد. هر کدام از این قسمت های تشکیل دهنده خود نیازمند مطالعه و بررسی های زیادی هستند که تا به حال نیز مطالعات زیادی بر روی این تجهیزات و فناوری های مربوط به آن ها انجام شده است. در زمینه میکرومیکسرها نیز، با توجه به دسته بندی های موجود، کارهای بسیاری انجام گرفته است. با توجه به اطلاعات داده شده در فصل دوم، در اوایل پیدایش این تجهیزات، بیشتر مطالعات، بر روی میکرومیکسرهای غیرفعال صورت گرفته است. با مرور زمان، گرایش محققان به میکرومیکسرهای فعال بیشتر شده است. همچنین در اوایل از میکروپمپ های فشاری برای ایجاد جریان در تجهیزات میکروفلوئیدیک استفاده می شد. بدین صورت که در ورودی و خروجی میکروکانال ها گرادیان فشاری ایجاد می شد که موجب ایجاد جریان در کانال می شد. اما با توجه به دشواری های ساخت و اتصال میکروپمپ های فشاری و همچنین تلفات بالای این نوع جریان ها، امروزه اکثراً در تجهیزات میکروفلوئیدیک، از پدیده ی الکتروکینتیک و میدان الکتریکی برای ایجاد و اختلاط جریان ها استفاده می شود. در کار پیش رو، جریان الکترواسمتیک حاصل از پدیده ی الکتروکینتیک، در درون میکروکانال به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین میکرومیکسر t شکل ساده و میکرومیکسر t شکل با ورودی دوگانه با پتانسیل زتای ناهمگون در دیواره ها، به صورت عددی به وسیله ی نرم افزار comsol multiphysics مورد بررسی قرار گرفته است. در تمام کارهای عددی قبلی که در زمینه ی میکرومیکسرهای الکتروکینتیک انجام گرفته، از ترم نیروی حجمی الکتریکی در حل معادله ی ناویر استوکس استفاده شده است. در کار پیش رو، با توجه به نتایج حل تحلیلی ارائه شده، ترم نیروی حجمی الکتریکی حذف شده و تاثیر آن با استفاده از شرط مرزی سرعت الکتروسمتیک در دیواره ها اعمال شده است. نتایج حاصل از حل عددی توسط نتایج تحلیلی صحت سنجی شده است. نتایج حاصل نشان می دهند با افزایش میزان ناهمگونی پتانسیل زتا در دیواره ها، میزان اختلاط نیز بهبود یافته است. همچنین طرح t شکل با ورودی دوگانه، نسبت به بهترین مورد طرح t شکل ساده، راندمان اختلاط را در اعداد رینولدز و اشمیت بالا، به میزان 20-30 درصد بهبود می بخشد.