Mixing investigation through a miniaturized channel by means of passive method

Dehgani, Tohid (2018) Mixing investigation through a miniaturized channel by means of passive method. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (بررسی فرایند اختلاط دو سیال قابل امتزاج در یک کانال مینیاتوری با استفاده از روش غیر فعال)
Tohid Dehgani.pdf

Download (554kB) | Preview
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Advances in manufacturing in micrometer size, make it possible to produce new devices with a very small size for fluid transferring called microfluidic devices. Micromixers are very small devices that are used to mix at least two different species. Micromixers and mixing process are considered as one of the important parts of microfluidic systems and have many applications in various fields such as chemistry, biochemistry, medicine and pharmacy. In small geometries, the Reynolds number is too low and the flow regime is generally laminar. In laminar flows mixing is mainly based on molecular diffusion, which is a very time consuming, therefore it is necessary to enhance mixing. In this research, the mixing phenomenon in a Y-shaped micromixer with different geometries in different Reynolds numbers is investigated. Utilizing topology optimization, optimal shape of the baffles through the channel generated and effect of Reynolds number and diffusion coefficient on mixing is investigated. Results of three studied microchannels show that in all Reynolds numbers, increasing the diffusion coefficient causes increase in mixing efficiency. It is also observed that, increasing Reynolds number initially reduces the mixing efficiency and then increases it. In low Reynolds numbers, molecular diffusion is the dominant mechanism of mixing therefore increasing the velocity reduce the residence time and consequently diffusion effects. More increasing of Reynolds number cause formation of vortexes just behind of obstacles. These generated vortexes enhance chaotic advection mechanism against diffusion mechanism. Increasing Reynolds number intensify vortex and increases mixing efficiency.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: بررسی فرایند اختلاط دو سیال قابل امتزاج در یک کانال مینیاتوری با استفاده از روش غیر فعال
Persian Abstract: همگام با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه‌ی طراحی و ساخت قطعات در ابعاد میکرومتر، وسایلی با قابلیت انتقال سیال در ابعاد خیلی کوچک طراحی و ساخته شده است که امروزه از آنها تحت عنوان وسائل مایکروفلوئیدیک یاد می‌شود. ميكروميكسرها دستگاه‌هاي بسيار كوچكي مي‌باشند كه براي اختلاط حداقل دو فاز استفاده مي‌شوند. میکرومیکسر و پروسه اختلاط در آن به عنوان یکی از بخش های مهم واساسی سیستم‌های مایکروفلوئیدیک محسوب شده و دارای کاربردهای بسیاری در عرصه‌های متفاوت شیمی، بیوشیمی، پزشکی و داروسازی می‌باشد. در هندسه¬های با ابعاد کوچک، عدد رینولدز کوچک بوده و رژیم جریان اساسا آرام است. اختلاط جریان در جریان آرام عمدتا از نوع پخش مولکولی می¬باشد که فرآیندی بسیار کند است بنابراین لازم است تا با استفاده از روش هایی اختلاط سیالات بهبود یابد. در این پژوهش، به بررسی تجربی و عددی پدیده ی اختلاط در میکرومیکسرY شکل با سه هندسه‌ی متفاوت در اعداد رینولدز مختلف پرداخته شده است. با استفاده از بهینه‌سازی توپولوژی هندسه کانال، شکل مطلوب موانع هندسی داخل مجرای کانال تولید شده و انتقال سیال و اختلاط آنها در هندسه¬های تولید شده بررسی گردیده است. در این پایان‌نامه با استفاده از فناوری مایکروفلوئیدیک به طراحی و ساخت ریزتراشه‌هایی برای استفاده در فناوری میکروکانال نظیر ریزتراشه میکرومیکسر پرداخته شده است. تاثیر عدد رینولدز و همچنین تاثیر ضریب پخش دو سیال در میکروکانال‌های بدست آمده از توپولوژی بررسی شده است. نتایج هر سه میکروکانال بررسی شده نشان می‌دهد که با افزایش ضریب پخش در سرعت های مختلف میزان اختلاط افزایش می‌یابد. همچنین افزایش عدد رینولدز ابتدا سبب کاهش میزان اختلاط می‌شود سپس افزایش آن را سبب می‌شود. دلیل این رفتار متفاوت در سرعت‌های پائین غلبه نیروی اینرسی بر نیروی ویسکوز سیال است و نفوذ مکانیزم غالب برای اختلاط است. با افزایش عدد رینولدز گردابه هایی پس از مانع ها تشکیل می‌شود. این گردابه های تشکیل شده حرکت توده‌ای و بی نظمی را در برابر نفوذ مولکولی تقویت می‌کند و این افزایش عدد رینولدز گردابه های تولید شده را قوی‌تر می‌کند و بی‌نظمی و حرکت توده ای ذرات بیشتر شده و اختلاط افزایش می‌یابد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Sadegh Moghalou, FarhadUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Veladi, HadiUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Date Deposited: 29 Sep 2018 20:10
Last Modified: 29 Sep 2018 20:10
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/131

Actions (login required)

View Item View Item