16109

16109

بررسي عددي هيدروديناميك و قابليت انتقال جرم جريان Diffusioosmotic در ميكرو كانال ها

دكتري تخصصي

جداسازي

شهريورماه 1395

شهريورماه 1395

دكتر سيدنظام الدين اشرفي زاده - دكتر آرمان صادقي

شيمي

چكيده اگرچه ويژگي¬هاي منحصر به فرد الكترواسمز باعث استفاده گسترده از سيستم¬هاي پمپاژ مبتني بر اين پديده در سيستم¬هاي ريزسيالي شده است، مشكلاتي مثل گرمايش ژول و محدوديت قرارگيري و تماس الكترودها ممكن است مانع استفاده از بكارگيري الكترواسمز در برخي كاربردهاي خاص گردد. در پايان¬نامه حاضر، به قابليت¬هاي پديده¬ي سيلافوذ به عنوان يك جايگزين احتمالي پرداخته شده است. در اين راستا، استفاده از سطوح آبگريز- فرا آبگريز و غلظت¬هاي يوني بزرگ براي رفع مشكل كوچكي سرعت سيلافوذي مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين براي اولين بار جريان سيلافوذي در كانال¬هاي دوبعدي با انتخاب مقطع مستطيلي- جهت شبيه¬سازي بهتر كاربردهاي واقعي- مورد توجه قرار گرفته است. پس از بررسي هيدروديناميك جريان سيلافوذي، توجه خود را به قابليت¬هاي انتقال جرم اين پديده معطوف نموده و پخش تيلور ذرات را مورد ارزيابي قرار مي¬دهيم. شبيه-سازي¬هاي مربوطه با بهره¬گيري از روش¬هاي تحليلي- شبه¬تحليلي، المان محدود و ديناميك مولكولي انجام گرفته است. نتايج نشان مي¬دهد كه الگو و جهت جريان در كانال مستطيلي وابستگي شديدي به نسبت منظر كانال دارد. چنين يافته¬اي، علاوه بر نشان دادن عدم كارايي كانال شياري در شبيه¬سازي¬ مسائل كاربردي، ما را به يك مكانيزم جديد براي كنترل جريان سيلافوذي رهنمون مي¬سازد. نتايج محلول¬هاي با غلظت يوني بالا، كه براي آنها اثرات اندازه يوني در پتانسيل¬هاي بالا اهميت مي¬يابد، حاكي از تفاوت¬هاي بنيادين بين سيلافوذ و پديده¬هاي الكتروسينتيكي كلاسيك همانند الكترواسمز است. براي نمونه، اگرچه همواره اثرات اندازه يوني در الكترواسمز نامطلوب است، اما در مورد سيلافوذ مي¬تواند اثر مثبت داشته و در شرايطي سرعت متوسط جريان سيال را تا دو برابر افزايش دهد. همچنين، برخلاف الكترواسمز، اثرات اندازه يوني حتي در دولايه¬هاي نازك نيز حذف نمي-شوند. چنين تفاوتي در زمينه استفاده از سطوح آب¬گريز نيز مشاهده مي¬شود به طوري كه بر خلاف الكترواسمز -كه دبي رابطه¬اي خطي با طول لغزش دارد- حد بالايي براي افزايش دبي سيلافوذي با استفاده از سطوح آبگريز وجود دارد و فقط مي¬توان يك مرتبه بزرگي جريان را افزايش داد. لازم به ذكر است كه طول لغزش براي پديده¬ي مذكور براي سطوح مختلف آب¬دوست تا آب¬گريز توسط شبيه¬سازي ديناميك مولكولي محاسبه شده است. بررسي پخش تيلور ذرات نتايج ارزشمندي از انتقال مركز جرم آناليت و تغييرات زماني باند آناليت تزريق¬شده را در اختيار ما قرار مي¬دهد كه ما را متقاعد مي¬كند كه از سيلافوذ مي¬توان به منظور جداسازي نمونه¬هاي بدون بار، انتقال نمونه و انتقال نمونه همراه با تزريق¬هاي چندگانه و اختلاط استفاده نمود. در نهايت، جهت اثبات توانايي-هاي عملي سيلافوذ براي استفاده در آزروشه¬ها، يك ريزمخلوط¬گر Y-¬ شكل با نيرو محركه¬ي سيلافوذي مورد توجه قرار گرفت و نتايج نشان داد كه در بيشتر موارد طول اختلاط كمتر از 25 برابر ارتفاع كانال است كه قابليت اختلاط را نيز به قابليت¬هاي انتقال جرمي جريان سيلافوذي اضافه مي¬نمايد. كليد واژگان: سيلافوذ، الكتروسينتيك، ميكروكانال مستطيلي، اثرات اندازه يوني، آب¬گريزي، انتقال جرم

1395/09/20