بررسی اثر عدم تقارن کانال‌های ورودی جریان روی کیفیت مخلوط شدن در دستگاه‌های میکروفلوئیدیک با کمک شبیه‌سازی عددی

دستگاه‌های میکروفلوئیدیک که یکی از کاربردهای اصلی‌شان آزمایشگاه روی تراشه است، از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند. از آن‌جا که جریان سیال در این دستگاه‌ها آرام است، مخلوط شدن جریان‌ها در آن‌ها درحالت عادی با نفوذ رخ می‌دهد که فرایندی بسیار آهسته است. به همین جهت طراحی میکرومیکسرهایی که این مخلوط شدن را بهبود می‌دهند ضروری به نظر می‌رسد. در این پژوهش نقش عدم تقارن کانال‌های جریان‌های ورودی در بهبود مخلوط شدن بررسی می‌شود. به همین منظور عملکرد 3 میکرومیکسر نامتقارن تحت شرایط رینولدزهای مختلف شبیه‌سازی می‌شود و نتایج با کمک یک پژوهش تجربی قبلی صحت‌سنجی می‌شود. مشاهده می‌شود که با تغییر عدد رینولدز از حدود 50 تا 300، 5 رژیم جریان سیال در میکرومیکسرها قابل مشاهده است و در نهایت این نتیجه حاصل می‌شود که عدم تقارن بیشتر در رینولدز بالاتر به بهبود کیفیت مخلوط شدن تا حدود 50% کمک می‌کند.

investigation of the asymmetry of input channel geometry on mixing quality in microfluidic devices using numerical simulation

microfluidic devices (with lab-on-a-chip being one of their main applications) are comprised of different parts. since the flow inside them is laminar, their mixing mechanism is mainly diffusion-based which takes a lot of time. therefore designing micromixers to enhance this mixing seems necessary. in this study, the role of asymmetry of channel inputs on mixing enhancement has been investigated by choosing three asymmetric micromixer designs to be simulated and studied. the results of this study are validated by an experimental study previously done by another group. five different flow regimes could be observed by changing the reynolds number from around 50 to 300 with a higher reynolds number and more asymmetry being the effective factors in mixing enhancement up to around 50%.