اثرات ویسکوالاستیسیته و پتانسیل جریانی بر واکنشهای سطح در میکرورآکتورها

بسیاری از سیالات زیستی مورد بررسی در آزمایشگاه‌های روی تراشه رفتاری غیرخطی دارند. همچنین به علت اندازه بسیار کوچک مجاری موجود در اجزای مختلف آزمایشگاه‌های روی تراشه، همانند میکرورآکتورها و میکروهم‌زن‌ها، جریان فشارمحرک مایعات در این اجزا با پدیده پتانسیل جریانی همراه خواهد بود که تمایل به کاهش سرعت سیال دارد. تحقیق حاضر به بررسی اثرات پتانسیل جریانی و رفتار غیرنیوتنی سیال حامل بر انتقال جرم و واکنش‌های سطح در میکرورآکتورهای ناهمگن می‌پردازد. در این راستا از مدل ویسکوالاستیک پیتیتی برای پیش‌بینی رفتار غیرخطی سیال استفاده می‌شود. معادلات حاکم در حالت بدون بعد به وسیله روش تفاضل محدود بر اساس شبکه‌بندی غیریکنواخت حل می‌شوند. نتایج نشان می‌دهند که اثرات پتانسیل جریانی با افزایش قدرت یونی الکترولیت و افزایش ضخامت دولایه الکتریکی تقویت می‌شود. تقویت این اثرات باعث کاهش سرعت سیال و به تبع آن سرعت انتقال آنالیت به پایین دست میکرورآکتور شده و در نهایت منجر به کاهش نرخ واکنش‌های سطح می‌شود. اثرات پتانسیل جریانی چنان شدید است که در حالات حدی ممکن است باعث افزایش 100 درصدی زمان رسیدن سطح به حالت اشباع شود. اگرچه الاستیسیته با افزایش سرعت سیال در نزدیکی جدار منجر به کاهش زمان اشباع می‌شود، با این وجود اثرات آن بسیار کمتر از اثرات پتانسیل جریانی است.

Influences of Viscoelasticity and Streaming Potential on Surface Reaction Kinetics in Micro reactors

The present study deals with investigating the influences of the streaming potential   and a nonlinear rheology of the carrier fluid on mass transport and surface reactions in heterogeneous microreactors. To this end, the PhanThien and Tanner viscoelastic model is used to predict the non linear behavior of the fluid. The governing equations are solved in a dimensionless form utilizing the finitedifference method for a nonuniform grid. The results show that the streaming potential effects are pronounced by increasing the ionic strength of the electrolyte and thickening the electric double layer. Upon magnifying these effects, the fluid velocity and, accordingly, the speed of analyte transfer to the downstream are lowered, thereby reducing the surface reaction rates. The streaming potential effects are so severe that may lead to a 100% increase in the saturation time at limiting conditions. Although the elasticity effects decrease the saturation time by increasing the fluid velocity near the wall, they are less important as compared to the streaming potential effects.