الگودهی جریان و اختلاط در میکروکانال های شعاعی چرخان
چکیده
نشان می دهیم که چگونه سرعت اختلاط تحت شرایط خطی (لامینار) می تواند به طور قابل توجه در جریانهای گریز از مرکزی همزمان از طریق میکروکانالهای مستقیم دارای نسبت بعد پایین در جهت شعاعی به سمت صفحه چرخش ارتقاء داده شود. اختلاط همرفتی به وسیله توزیع ناهمگن نیروی دروغین کوریولیس وابسته به سرعت و تعامل جریانهای ناشی از آن با دیواره های جانبی کنترل شده است. با تحقیق و بررسی پارامترهای تاثیر کلیدی، که عبارتند از هندسه کانالها و سرعت چرخش، نشان داده شد که سطح تماس (کنتاکت) بین دو جریان خطی می-تواند تا زده شود تا زمان های اختلاط تا دو درجه بزرگی کاهش یابند.
1-مقدمه
سیستم های ریزسیالی از مزیت مقیاس گذاری خاص نسبت های سطح به حجم رو به جهان میکرو سود می برد که سبب تغییرات شدید در پارادایم های طراحی در ابعاد میکرو می شود (گراوسن و همکاران، 1993؛ هو، 2001؛ انگویان و استیو، 2002؛ تای فه، 2002؛ دوکری و همکاران، 2005). در یک طرف، نسبتهای سطح به حجم بالا اجازه پیاده سازی مکانیسم های انتقال سیال میانجی شده سطحی یا میدانی را می دهد، برای نمونه عمل موئینگی و الکترواسمز. در طرف دیگر، تنش های برشی بزرگ مرتبط با نسبتهای سطح به حجم بالا و مقاطع عرضی پایین کانال به شدت شار حجمی را محدود می کنند و شرایط جریان خطی را اعمال می کنند.
5- خلاصه و نگاه به آینده
در این مقاله، نقش نیروی کوریولیس ظاهری در جریان کنترل شده به صورت گریز از مرکز از خلال میکروکانالهای مستقیم به سمت جهت شعاعی روی یک دیسک چرخان را مورد مطالعه قرار دادیم. می تواند به وسیله شبیه-سازیهای عددی و آزمایشات مربوطه نشان داده شود که مولفه های جریان عرضی می توانند جهت همزنی و معکوس شدگی جریانهای مایع همزمان از خلال کانال شعاعی القاء شوند.
پارامترهای تاثیر کلیدی کنترل کننده تغییرشکل ناشی از کوریولیس سطح کنتاکت عبارتند از طول کانال، نسبت بعد آن و نرخ چرخش. تطابق رضایت بخش بین شبیه سازیها و آزمایشات مربوطه حاصل گردید.
Abstract
We demonstrate how the speed of mixing under laminar conditions can be appreciably enhanced in concurrent centrifugal flows through straight, low-aspect-ratio microchannels pointing in radial direction in the plane of rotation. The convective mixing is driven by the inhomogeneous distribution of the velocity-dependent Coriolis pseudo force and the interaction of the so-induced transverse currents with the side walls. By investigating the key impact parameters, which are the geometry of the channels and the speed of rotation, it is shown that the contact surface between two laminar flows can be folded to shorten mixing times by up to two orders of magnitude!
1 Introduction
Microfluidic systems take advantage of the peculiar scaling of surface-to-volume ratios towards the microworld, which brings about severe changes in the design paradigms towards microdimensions (Gravesen et al. 1993; Ho 2001; Nguyen and Steve 2002; Tay FEH 2002; Ducre´e et al. 2005). On the one hand, the high surfaceto-volume ratios allow the implementation of surface- or field-mediated liquid transport mechanisms, for instance, capillary action and electroosmosis. On the other hand, the large shear stresses connected to the high surface-to-volume ratios and the low channel cross sections severely limit the volume flux and impose strictly laminar flow conditions.
5 Summary and outlook
In this paper, we have studied the role of the apparent Coriolis force in centrifugally driven flow through straight microchannels pointing in radial direction on a rotating disk. It could be shown by numerical simulations and accompanying experiments that transversal flow components could be induced to stir and flip concurrent liquid flows through a radial channel.
The key impact parameters governing the Coriolisinduced reshaping of the contact surface are the channel length, its aspect ratio and the rate of rotation. Satisfactory agreement has been reached between simulations and accompanying experiments.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1-مقدمه
2- هیدرودینامیک در فریم رفرنس چرخان
2-1- معادلات هیدرودینامیک حرکت
2-2- تبدیل به فریم دیسک
2-3- پروفیل جریان
2-4- مقیاس گذاری نیروها
2-5- الگودهی شماتیک جریان
3- شبیه سازی اثرات هیدرودینامیک بنیادین
3-1- فلیپینگ
3-2- همزنی و اختلاط
3-3- تاثیر نسبت بعد
4- مقایسه آزمایشات
5- خلاصه و نگاه به آینده
Abstract
1 Introduction
2 Hydrodynamics in a rotating reference frame
2.1 Hydrodynamic equations of motion
2.2 Transformation into disk frame
2.3 Flow profile
2.4 Scaling of forces
2.5 Schematic patterning of flow
3 Simulation of basic hydrodynamic effects
3.1 Flipping
3.2 Stirring and mixing
3.3 Impact of aspect ratio
4 Comparison to experiments
5 Summary and outlook
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه