توصيفگر ها :
ميكروپمپ , الكترواسموتيك , ميكرو شير تسلا , جريان متناوب
چكيده فارسي :
امروزه توسعه تلفيقي سيستم‌هاي مكانيكي و الكترونيكي در ابعادكوچك كاربرد فراوان دارد؛ زيرا اين بخش موجب افزايش سرعت و كم‌حجم شدن ابعاد صنايع در بخش صنعت خواهد شد و به همين دليل است كه سيستم‌هاي ميكرو الكترومكانيك به‌شدت موردتوجه قرارگرفته‌اند. سيستم‌هاي ميكرو الكترومكانيك كاربرد زيادي در سيستم‌هاي ميكرو جرياني دارند. استفاده از جريان‌هاي الكتروسينتيك در سال‌هاي گذشته رشد چشمگيري داشته است. ازجمله مهمترين آن‌ها مي‌توان به جريان‌هاي الكترواسموتيك، الكتروفورسيس و دي¬الكتروفورسيس اشاره كرد اين جريان‌ها امروزه در سيستم‌هاي ميكروسيال و ميكرو الكترومكانيكي كاربردهاي زيادي را به خود اختصاص داده‌اند كه از اين ميان مي‌توان جداسازي سلول، جداسازي دي ان اي، دارورساني، كنترل جريان سيال و... را به‌عنوان‌مثال ذكر كرد.در مطالعات گذشتگان از جريان الكترواسموتيك بهمراه ميدان الكتريكي يكنواخت براي انتقال سيال استفاده مي¬شد. در اين مطالعه سعي بر اين است كه جريان دبي ايجاد شده به¬كمك پديده الكترواسموتيك به¬همراه ميدان الكتريكي خارجي متناوب را با استفاده از شيرهاي يكسو¬كننده مانند شير تسلا به يك دبي خالص تبديل كرده تا بتوان از آن به عنوان ميكروپمپ در ميكروسيستم¬ها استفاده نمود.همچنين ميزان يكسوي¬كنندگي و اثر تغييرات فركانس بر ميزان يكسوي¬كنندگي مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاكم معادله ناوير -استوكس با شرط مرزي عدم لغزش براي تحليل جريان سيال و معادله پوآسون- بولتزمن جهت تحليل ميدان جريان و نيروي حجمي اعمال‌شده بر ميدان مي‌باشد. معادلات به كمك حل عددي به روش المان محدود حل شده است. شرط مرزي هيدروديناميكي در ورودي و خروجي ميكروكانال توسعه يافته فرض شده است و در ديواره‌هاي ميكروكانال شرط مرزي عدم لغزش برقرار است. سيال مورداستفاده در اين تحقيق آب بوده است. همچنين محدوده اعداد رينولدز بين 50 تا 500 بوده است. در ابتدا به بررسي شير تسلا پرداخته شده و اثر عدد رينولدز بر ضريب يكسوكنندگي بررسي شده است. سپس شير ابدائي مورد بررسي قرار¬گرفته. مشاهده شد كه در اعداد رينولدز يكسان ضريب يكسوكنندگي شير ابدائي بيشتر است همچنين ضريب يكسو كنندگي در حالاتي كه تعداد شيرها افزايش يابد بررشي شد. همچنين بهترين حالت قرار گرفتن موقعيت شيرها در حالت سري نيز بررسي شد. سپس اثر پارامترهاي مختلفي مانند عدد رينولدز، پارامتر ضريب يوني( α) و β (ارتباط با پارامتر انرژي يوني، طول مشخصه كانال و پارامتر دباي-هاكل است) بر الگوي جريان ميزان دبي بررسي‌شده است در پديده الكترواسموتيك بهمراه جريان خارجي يكنواخت بررسي شده است. در پايان تركيب شيرهاي يكسوكننده و الكترواسموتيك بهراه جريان خارجي متناوب در فركانس¬هاي مختلف بررسي شد و اثر آن بر يكسوكنندگي بررسي گرديد.
چكيده انگليسي :
Nowadays, the integrated development of mechanical and electronic systems in small-scaled dimensions is widely used as this part would increase the efficiency of systems and will decrease the size of devices in the industrial part. That is why microelectromechanical systems have received much more attention in the past few years. In this case, microelectromechanical systems have numerous applications in microcurrent systems. Using electrosynthesis currents has grown significantly in recent years. Electroosmotic, electrophoresis and dielectrophoresis currents can be considered as the most important ones of these systems. These currents have many applications in microfluidic and microelectromechanical systems, including cell separation, DNA separation, drug delivery, and flow control. Previous researches used electroosmotic current with a uniform electric field to transfer fluid. In this study, it is tried to convert the flow rate generated by the electroosmotic phenomenon along with the alternating external electric field into a pure flow rate using rectifier valves such as Tesla valve so that it can be used as a micropump in microsystems. Moreover, in this study, the rectifier rate and the frequency changes effect on the rectifier rate have also been studied. The Navier-Stokes equations with the non-slip boundary condition for fluid flow analysis and the Poisson-Boltzmann equation for analyzing the flow field and the body force applied to the field are considered in this work. It should be noted that governing equations are solved by finite element method using numerical solution. The hydrodynamic boundary condition is assumed to be developed at the microchannel inlet and outlet, and the non-slip boundary condition is considered at the microchannel walls. Additionally, water is the fluid that is used in this study. Also, Reynolds numbers varied from 50 to 500. Firstly, the Tesla valve is investigated and the effect of the Reynolds number on the rectification coefficient is investigated. Secondly, the innovative valve is studied in this work. It was noticed that in the same Reynolds numbers the rectification coefficient of the innovative valve was higher and also this coefficient was studied in cases where the number of valves increased. Besides, the appropriate location of the valves in the series conditions was also investigated. In addition, the effect of various parameters such as Reynolds number, ion coefficient parameter (α) and (β) (which is related to ion energy parameter, channel characteristic length, and Debye–Hückel parameter) on the flow pattern of the flow rate in the electroosmotic phenomenon with uniform external current is studied. Finally, the combination of rectifier and electroosmotic valves with alternating external current at different frequencies is investigated and its effect on rectifier was examined.
