بررسی راندمان اختلاط در جریان الکترواسموتیک با زتا پتانسیل غیریکنواخت دیواره

در این مقاله، راندمان اختلاط در جریان الکترواسموتیک درون یک ریزمخلوط ‌گر با زتاپتانسیل غیریکنواخت دیواره برای حالت‌های مختلف به‌صورت عددی شبیه سازی شده است. هندسه جریان یک مجرای دوبعدی بین دو صفجه موازی است و جریان مورد نظر تراکم ناپذیر، پایدار و آرام فرض شده است. معادلات حاکم بر مساله، شامل معادلات میدان‌های پتانسیل الکتریکی داخلی و خارجی، معادلات توزیع غلظت یون‌های مثبت و منفی (ارنست-پلانک)، معادله‌ی غلظت گونه‌ها و معادلات اندازه حرکت اصلاح شده (ناویراستوکس) برای میدان جریان سیال به روش عددی حجم محدود حل شده است. به منظور اعتبارسنجی برنامه عددی، نتایج تحلیلی یک جریان ایده‌آل الکترواسموتیک که در آن سراسر دیواره‌ها باردار می‌باشد، با نتایج حل عددی به‌دست آمده مقایسه شده است. نتایج عددی نشان می‌دهد که با تغییرات زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی به‌صورت خطی-صعودی، خطی-نزولی و سهموی برای جریان در یک ریزمجرا، راندمان اختلاط نسبت به حالت زتا ثابت افزایش می‌یابد. برای دو حالت تغییر خطی زتاپتانسیل، راندمان اختلاط به 86 درصد و برای تغییر سهموی زتاپتانسیل به 75 درصد افزایش می‌یابد. این در حالی است که با ثابت بودن زتاپتانسیل دیواره در ناحیه میانی، حداکثر راندمان اختلاط 64 درصد می‌باشد. در حالتی که تنها دیواره بالایی در ناحیه میانی دارای زتاپتانسیل می‌باشد، نتایج نشان داد که یک ناحیه گردابه‌ای در جریان ایجاد می‌گردد. این ناحیه گردابه‌ای باعث می‌شود تا راندمان اختلاط به حداکثر (100 درصد) برسد.

Investigation of mixing efficiency in electroosmotic flow with non-uniform wall Zeta potential

In this paper, the mixing efficiency in electroosmotic flow inside a micromixer is simulated numerically for different states of nonuniform wall Zeta potential. The geometry of flow is a twodimensional channel between two parallel plates and the flow is assumed to be incompressible, steady and laminar. The governing equations, including a Laplace equation for the distribution of external electric potential, a Poisson equation for the distribution of electric double layer potential, the NernstPlanck equation for the distribution of ions concentration, the species convectiondiffusion equation, the modified NavierStokes equations for the fluid flow field, have been solved using the finite volume numerical method. In order to validate the numerical results, the analytical results of an ideal electroosmotic flow in where throughout the walls are charged is compared with the obtained numerical results. The numerical results show that, by linearascending, lineardescending and parabolic changes of the wall Zeta potential at the middle length of the microchannel, the mixing efficiency increases compared to a constant Zeta potential. For the cases of linear changing of Zeta potential, the mixing efficiency increases to 86% and for parabolic change of Zeta potential the mixing efficiency increases to 75%, while the Zeta potential is constant at middle length the maximum of mixing efficiency increases to 64%. In the case that only the upper wall at middle length is charged, the results show that a vortex region is created in the flow. This vortex region causes a maximum (100%) mixing efficiency.