7170

شبيه سازي هيدروديناميكي حركت سيال در چيپ هاي ميكروفلوئيدي

كارشناسي

مكانيك

1399

استاد مهدي نويدبخش

استاد مهدي نويدبخش

1400/01/15

مكانيك

Hydrodynamic simulation of fluid motion in microfluidic chips

با توجه به اهميت و كاربرد دستگاه هاي ميكروميكسر در صنايع مختلف در اين پژوهش چند ميكروميكسر غيرفعال جهت افزايش عمل اختلاط طراحي و ارائه شده است. ميكروميكسرهاي منفعل با افزايش سطح تماس دو سيال و كاهش فاصله پخش مولكولي، ميزان اختلاط را افزايش مي دهند. در اين پايان نامه ابتدا يك نمونه ميكروميكسر بر اساس مقاله اي شبيه سازي شده است تا اطمينان حاصل شود كه نحوه شبيه سازي ميكروميكسر در نرم افزار فلوئنت به درستي صورت مي گيرد. پس از آن پنج ميكروميكسر ديگر شبيه سازي شده است، كه مورد اول ساده ترين ميكروميكسر(ميكروميكسر پايه) مي باشد و سه مورد بعدي سه ايده مختلف جهت افزايش اختلاط در ميكروميكسرها مي باشند كه هركدام به صورت مجزا بر ميكروميكسر پايه اعمال شده اند. در نهايت ميكروميكسر پنجم حاصل تركيب اين سه ايده و اعمال آن بر روي ميكروميكسر پايه مي باشد تا بررسي شود كه تركيب اين ايده ها بر اختلاط چه تاثيري مي گذارد. ميكروميكسر پايه صرفا كانالي مارپيچ بوده كه تاثير زيادي بر افزايش ميزان اختلاط ندارد(در كمترين حالت، ميزان اختلاط حدود 38% مي باشد.)، ايده اول، قرار دادن تعدادي موانع در كانال ميكروميكسر پايه بوده كه باعث افزايش اختلاط به صورت چشمگيري مي شود(در همه ي رينولدزها درصد اختلاط بالاي 99% مي باشد.). در ايده دوم، در قسمت هايي از كانال اندازه سطح مقطع به صورت ناگهاني تغيير پيدا كرده است و باعث افزايش ميزان اختلاط شده است(در كمترين حالت، ميزان اختلاط حدود 75% مي باشد). در ايده سوم، يك سري كانال¬هاي عمودي بر كانال پايه اعمال شد كه باز هم باعث افزايش ميزان اختلاط شد، اما نسبت به دو مورد قبلي كمتر بود(در كمترين حالت، ميزان اختلاط حدود 67% مي باشد.). در مدل نهايي، كه تركيب ايده هاي ذكر شده بود هم، ميزان اختلاط نسبت به ميكروميكسر پايه افزايش داشت(در كمترين حالت، ميزان اختلاط حدود 79% مي باشد.)، اما با اين حال ايده دوم بهترين بازدهي را داشت، لذا به بررسي مورد دوم در دو حالت ديگر پرداخته شد. در قسمت اول، مكان موانع از كنار ديواره هاي كانال به سمت وسط كانال جابه جا شده است كه باعث كاهش ميزان اختلاط به مقدار بسيار اندكي شده است. در قسمت دوم، علاوه بر انتقال موانع به وسط كانال، تعداد موانع نيز كاهش يافته است كه باعث كاهش ميزان اختلاط شده است(در كمترين حالت، ميزان اختلاط حدود 88% مي باشد.).

ميكروميكسر، ميزان اختلاط، شبيه سازي، نرم افزار فلوئنت، عدد رينولدز