مطالعه‌ی سه بعدی اختلاط در ریزمخلوط گرهای با بار سطحی ناهمگن به کمک مدل هلمهولتز-اسمولوکوفسکی

در این مقاله اختلاط الکتروکینتیکی سه بعدی به روش عددی درون ریزمخلوط گرهای ساخته‌شده با ریزمجرای ناهمگن به‌صورت کیفی و کمی بررسی شده است. برای کاهش هزینه های محاسباتی در جریان‌های سه بعدی، شبیه سازی جریان الکترواسموتیک با استفاده از روش هلمهولتز- اسمولوکوفسکی (helmholtz-smoluchowski) انجام شده است. مطالعات قبلی برای پدیده‌ی اختلاط الکتروکینتیکی درون ریزمجراهای ناهمگن نشان داده است که وجود گردابه ها و نواحی دارای جریان چرخشی بسته همواره باعث بهبود راندمان اختلاط در جریان‌های دو بعدی می-گردد. اما بررسی های انجام‌ شده در این مقاله برای ریزمخلوط گرهای سه بعدی نشان داد که همواره این اتفاق رخ نمی‌دهد و در برخی موارد وجود گردابه اثر افزایشی بر راندمان اختلاط ندارد. یافته های این مقاله نشان می دهد که میزان نامتقارنی در میدان جریان سیال عامل تعیین‌کننده در ایجاد اختلاط است. از آن‌جا که در جریان‌های سه بعدی امکان ایجاد نامتقارنی بیش‌تر وجود دارد لذا میزان راندمان اختلاط در جریان‌های سه بعدی در مقایسه با جریان‌های دوبعدی بیش‌تر است. مطالعه‌ی آرایش های متنوع سه بعدی برای ریزمخلوط گر الکترواسموتیکی نشان داد که بسته به آرایش ناهمگنی ها، راندمان اختلاط درون ریزمجرای ناهمگن در مقایسه با ریزمجرای همگن می‌تواند بهبود یابد و یا این که کاهش یابد. این نتایج تاکید می کند که بررسی دوبعدی اختلاط نمی تواند تمامی مزایای اختلاط درون ریزمجراهای ناهمگن را شرح دهد. یافته های این پژوهش می تواند در مد‌‌ل‌سازی صحیح ریزمخلوط گرهای مورد استفاده در کاربردهای عملی به‌ویژه ریزتراشه‌های آزمایشگاهی (lab-on-a-chip) مورد استفاده قرار گیرد.