آرمان صادقی

هدف این تحقیق بررسی و بهبود فرآیند اختلاط در میکرومیکسرهای الکترواسموزی با سطح مقطع ذوزنقه‌ای است که کاربرد فراوانی در سیستم‌های تحلیلی میکرو (µ-TAS) و آزمایشگاه‌های-روی-تراشه (LOC) دارند. این سیستم‌ها به دلیل کاهش مصرف نمونه، هزینه کمتر، توان عملیاتی بالا و عملکرد بهینه نسبت به دستگاه‌های بزرگ‌تر، مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما چالش اصلی در این سیستم‌ها، اختلاط سریع و کارآمد سیالات، به ویژه در شرایطی که نیروهای لزجت بر جریان غالب هستند، می‌باشد. در این پژوهش، تمرکز بر روی مطالعه رفتار جریان و اختلاط در میکرومیکسرهایی با هندسه ذوزنقه‌ای است که کمتر مورد بررسی قرار گرفته‌اند. بیشتر تحقیقات پیشین بر روی میکرومیکسرهای با سطح مقطع مستطیلی انجام شده‌اند. استفاده از هندسه ذوزنقه‌ای به منظور انطباق بیشتر نتایج با شرایط واقعی و بهبود عملکرد اختلاط مورد توجه قرار گرفته است. برای شبیه‌سازی، از نرم‌افزار کامسول جهت طراحی سه‌بعدی میکروکانال‌ها با در نظر گرفتن طول 4 میلی‌متر استفاده شده است. فرآیند شبیه‌سازی شامل بررسی صحت نتایج با مقایسه با داده‌های قبلی و مطالعه استقلال نتایج از شبکه می‌باشد. همچنین، تأثیر زوایای مختلف هندسه کانال و نسبت منظر آن بر روی سرعت خروجی و شاخص اختلاط در میکرومیکسرها مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش زاویه بین اضلاع بالایی و مجاور در خروجی کانال ذوزنقه‌ای منجر به افزایش سرعت خروجی می‌شود. به علاوه، کاهش نسبت منظر (نسبت ضلع بالا به پایین) نیز سرعت خروجی را افزایش می‌دهد. تغییرات سرعت و غلظت نسبت به زاویه و نسبت منظر در سه فاصله مختلف از ورودی کانال بررسی شده‌اند. نتایج حاکی از آن است که کاهش زاویه و نسبت منظر، سرعت خروجی را افزایش می‌دهد. تحلیل توزیع میدان سرعت نشان می‌دهد که سرعت جریان در نزدیکی دیواره‌ها کاهش می‌یابد اما صفر نمی‌شود. در مورد اثر زاویه بین اضلاع بالایی و مجاور کانال ذوزنقه‌ای بر غلظت در خروجی، مشاهده می شود که گرادیان غلظت به ازای زاویه 25 درجه بیشترین مقدار است و با افزایش زاویه این تغییرات کاهش می یابد. همچنین، گرادیان غلظت به ازای نسبت منظر 2 بیشترین مقدار است و با افزایش نسبت منظر این تغییرات کاهش می یابد. علاوه بر این، بررسی اثر سطح مقطع بر شاخص اختلاط نشان داد که با افزایش زاویه بین اضلاع بالایی و مجاور کانال، افزایش اختلاط را داریم. این افزایش اختلاط برای زمانی که در فاصله بیشتری از ورودی کانال باشیم، قابل توجه تر است. از طرف دیگر، در سه مکان طولی مختلف مورد مطالعه، با افزایش نسبت منظر کاهش اختلاط مشاهده گردید. این کاهش اختلاط برای زمانی که در فاصله بیشتری از ورودی کانال باشیم، با شیب بیشتری اتفاق می افتد. این یافته‌ها تأکید می‌کنند که هندسه و پارامترهای مختلف میکرومیکسرها تأثیر قابل توجهی بر روی رفتار جریان و اختلاط دارند. نتایج این تحقیق می‌توانند مبنای مناسبی برای طراحی بهینه میکرومیکسرها در کاربردهای مختلف صنعتی و تحقیقاتی باشند.