تحلیل عددی راندمان اختلاط غیر فعال در یک ریزمخلوط‌گر جدید مگنتو-الکترواسموتیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران.

2 استاد تمام گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند

چکیده

در این مقاله، راندمان اختلاط در یک ریزمخلوط‌گر جدید تحت عنوان مگنتو-الکترواسموتیکی به‌صورت عددی بررسی و شبیه سازی شده است. ریزمخلوط‌گر مورد نظر در واقع یک ریزمجرا با جریان الکترواسموتیک است که به منظور ایجاد اختلاط غیرفعال در آن، از یک میدان مغناطیسی دائم عمود بر ریزمجرا کمک گرفته شده است. هدف اصلی، تحلیل اثرات چگالی شار مغناطیسی و زتاپتانسیل دیواره‌ها بر میدان سرعت جریان و نهایتا راندمان اختلاط است. هندسه جریان یک ریزمجرای دوبعدی بین دو صفحه موازی است که سرتاسر دیواره‌های آن بطور یکنواخت باردار می‌باشد. بعلاوه جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، دائم و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مسأله، شامل معادلات ناویر- استوکس اصلاح شده برای میدان جریان سیال، معادله میدان مغناطیسی، معادلات میدان‌های پتانسیل الکتریکی خارجی و داخلی، معادلات توزیع غلظت یون‌های مثبت و منفی (ارنست-پلانک) و معادله‌ی غلظت گونه‌ها به روش عددی حجم محدود حل شده است. نتایج عددی نشان داد که برای جریان در یک ریزمجرا با رینولدز 0.03، پارامتر لایه دوگانه الکتریکی 16.42 و چگالی شار مغناطیسی 5 نیوتن بر آمپرمتر، افزایش زتاپتانسیل موجب تقویت حرکت سیال در ناحیه مرکزی شده و راندمان اختلاط کاهش می‌یابد به طوری که این کاهش راندمان اختلاط از مقدار 98 درصد به مقدار 45 درصد می‌رسد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش چگالی سطحی شار مغناطیسی، راندمان اختلاط در طول ریزمجرا افزایش می‌یابد. این تحلیل می‌تواند در طراحی سیستم‌های خنک‌کاری ریزالکترونیکی و ریزتراشه‌ها کاربرد مؤثری داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of Passive Mixing Efficiency in a New Magneto-Electroosmotic Micromixer

نویسندگان [English]

  • Morteza Dallakehnejad 1
  • Seyed Ali Mirbozorgi 2
1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.
چکیده [English]

In this paper, the mixing efficiency in a new magneto-electroosmotic micromixer has been numerically investigated and simulated. The micromixer in question is actually a microchannel with electroosmotic flow in which a permanent magnetic field perpendicular to the microchannel is used to create passive mixing. The main objective is to analyze the effects of magnetic flux density and zeta potential of the walls on the flow velocity field and ultimately the mixing efficiency. The flow geometry is a two-dimensional microchannel between two parallel plates, with uniformly charged surfaces throughout its walls. The flow is assumed to be incompressible, steady, and laminar. The governing equations, including the modified Navier–Stokes equations for fluid motion, the magnetic field equation, the equations for external and internal electric potentials, the Nernst–Planck equations for positive and negative ion concentration distributions, and the species concentration equation, are solved using the finite volume method. Numerical results showed that for microchannel flow at Reynolds number 0.03, electrical double layer parameter 16.42, and magnetic flux density of 5 N/A·m, an increase in zeta potential intensifies the flow in the central region of the microchannel, which leads to a significant decrease in mixing efficiency; from 98% to 45%. The results also showed that with increasing magnetic flux density, the mixing efficiency along the microchannel increases. This analysis can be effectively utilized in the design of microelectronic cooling systems and microchips.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magneto-Electroosmotic
  • Mixing Efficiency
  • Magnetic Flux Density
  • Lorentz Force
  • Micromixer