23401

طراحي ميكسر ميكروفلوئيديك آشوبناك مجهز به ميكرولوله حرارتي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

1399

1399/08/30

دكتر سيدمصطفي حسينعلي پور

مهندسي مكانيك

اختلاط سيالات در رژيم جرياني با عدد رينولدز پايين با چالش‌هاي اساسي روبه‌رو است. از جمله مهمترين مصداق‌هاي اختلاط در چنين رژيم جرياني، مي‌توان به اخـتلاط در تجهيزات ميكروفلوئيديك اشاره كرد. كاربردهايي نظير سنتز مواد شيميايي و بيوشيميايي، استخراج فلزات گرانبها، مهندسي بافت، آزمايشگاه روي تراشه، پرينترهاي جوهرافشان و چاپ سه بعدي همگي وابسته به توانايي اختلاط جريان سيالات در گذر از مجراهاي ميكرومقياس است. در پژوهش حاضر ميكروميكسري Y-شكل مبتني بر گذر جريان الكتريكي از ميكروالكترودهاي پلاتيني طراحي و به كمك روش ليتوگرافي ساخته شد. بر مبناي دو دبي 5 و 10 ميكروليتر بر دقيقه آزمايش‌ها با آب دي‌يونيزه و آب دي‌يونيزه آغشته به رنگ قرمز انجام گرفت و نتايج شاخص اختلاط با استفاده از پردازش تصاوير با نرم‌افزارهاي فوتوشاپ و متلب محاسبه شد. همچنين روشي براي دماسنجي و رسيدن به تخميني از دماي ناحيه اختلاط ميكروكانال ارائه شد. بر اساس نتايج حاصل دبي 5 ميكروليتر بر دقيقه دبي مناسبي براي انجام اختلاط ميان دو جريان است و با اعمال توان ناچيز 25/0 وات به اولين ميكروالكترود، شاخص اختلاط در انتهاي كانال به بيش از 95 درصد مي‌رسيد. دو مكانيزم اساسي اختلاط با تحليل نتايج عبارت‌اند از اثر مارانگوني و تشكيل و در هم شكسته شدن حباب‌ها. بر مبناي بررسي فركانس گذر حباب‌ها در ناحيه مياني و انتهايي ميكروكانال، مشخص شد كه در دبي 5 ميكروليتر بر دقيقه، مكانيزم تشكيل و در هم شكسته شدن حباب‌ها از جمـله مهم‌ترين مكانيزم‌هاي اختلاط هستند و چرخه كش آمدن و تا خوردن المان‌هاي سيال را براي رسيدن به اختلاط مناسب تكميل مي‌كنند. از جمله نكات بارز اين پژوهش اعمال شار حرارتي مستقيم و بسيار كم به جريان‌هاست كه با ايجاد جوشش جرياني مادون سرد، حباب‌ها در دمايي به مراتب كمتر از دماي جوش آب در جريان منتشر مي‌شوند و فرآيند اختلاط را تسهيل مي‌كنند.

1400/01/29

Design of chaotic microfluidic mixer integrated with mirco-heat pipe

11/21/2021 12:00:00 AM

Fluid mixing in low-Reynolds number flows deals with essential challenges and mixing in microfluidics could be counted as the latest example of it. Applications of micro-mixer run the gamut of synthesis of chemicals and biochemical, extraction of precious metals, tissue engineering, lab-on-a-chip, ink-jet printing, and 3D printing. In this study, a Y-shaped micro-mixer based on local heating with platinum microelectrodes is designed by lithographic techniques. For parallel streams of deionized water and dyed deionized water, two flow-rates are considered for examining the mixing characteristics of the system, namely 5 and 10 micro-liters per minute. Through image processing of data taken from the experiments, mixing index is computed and a method is also suggested for measuring the temperature of the mixing zone. The best flow-rate within examined flow-rates is 5 micro-liters per minute and by inputting 0.25 Watts to the first micro-electrode, the mixing index reaches beyond 95 percent. Formation and collapse of bubbles are of central importance in the process of mixing within the microchannel. By analyzing the bubble frequency in two positions of the microchannel, it is deduced that at the end of the microchannel the bubble frequency decreases which exhibits the stretching and folding cycles for mixing. In addition, images also reveal the role of the Marangoni effect in the process of micro-mixing. One of the unique features of the micro-mixer is related to the low amount of heat flux that is supplied directly to the fluid from the bottom of the microchannel which makes sub-cooled nucleation.

ميكروميكسر , در هم شكسته شدن حباب , اثر مارانگوني , حباب زايي مادون سرد

micromixer , bubble formation and collapse , Marangoni effect , sub-cooled bubble nucleation