طراحي ميكسر ميكروفلوئيديك آشوبناك مجهز به ميكرولوله حرارتي

كارشناسي ارشد

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.

195745

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

دكتر سيدمصطفي حسينعلي پور