عنوان پایاننامه
بررسی جریان سیالات غیر نیو تنی در میکرو کانال ها و میکرو پمپ ها تحت اثر نیروی الکترو سینتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1743;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44532
- تاریخ دفاع
- ۲۲ اردیبهشت ۱۳۸۹
- دانشجو
- محمد هادیگل
- استاد راهنما
- مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- در تحقیق حاضر جریان سیالات غیرنیوتنی در میکروکانالها و میکروپمپ ها تحت اثر نیروی محرکه الکترواسمزی با استفاده از روش های عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدل نمودن جریان سیال غیرنیوتنی از مدل سیال توانی (Power-law) استفاده شده است. هدف اصلی این مطالعه بررسی مشخصات جریان الکترواسمزی سیالات غیرنیوتنی در میکروکانال ها و میکروپمپ ها می باشد. جهت مطالعه جریان در میکروکانال ها، معادلات حاکم با فرض ناهمپوشانی لایه دوگانه الکتریکی با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. در مطالعه انجام شده، اثر تغییر اندیس توانی، مقدار پتانسیل القا شده روی سطح میکروکانال (پتانسیل زتا) و ضخامت لایه دوگانه الکتریکی به طور مجزا بر روی مشخصات جریان خالص الکترواسمزی و جریان ترکیبی فشاری-الکترواسمزی سیال توانی در میکروکانال ها و میکروپمپ ها مورد بررسی قرار گرفت است. نتایج نشان می دهند که با کاهش اندیس توانی، پروفیل سرعت از حالت سهمی شکل به حالت تخت تغییر شکل می دهد که این پدیده به دلیل کاهش لزجت موثر سیال توانی می باشد. با افزایش مقدار پتانسیل القا شده روی سطح (پتانسیل زتا) یا کاهش طول لایه دوگانه الکتریکی نیروی محرکه الکترواسمزی افزایش می یابد و جریان خالص الکترواسمزی به صورت ترکیبی از جریان فشاری و الکترواسمزی در می آید. در مورد میکروپمپاژ الکترواسمزی سیالات توانی مشخص شد که با کاهش اندیس توانی دبی عبوری از میکروپمپ الکترواسمزی به صورت غیر خطی افزایش می یابد. می توان در میکروپمپاژ الکترواسمزی سیالات شبه پلاستیک ، دبی بیشتری را نسبت به سیالات دیلاتنت انتظار داشت. افزایش پتانسیل زتا و همچنین کاهش ضخامت لایه دو گانه الکتریکی که هر دو منجر به افزایش نیروی پیشران الکترواسمزی می شوند، در میکرو پمپاژ الکترواسمزی سیالات شبه پلاستیک باعث افزایش فشار ایجاد شده توسط میکرو پمپ الکترواسمزی گردید. در حالیکه این تغییرات بر روی افزایش فشار در میکرو پمپاژ الکترواسمزی سیالات دیلاتنت تاثیر قابل توجهی نداشتند. افزایش فشار سیال توانی در یک سیستم بسته (دبی عبوری صفر) تحت تاثیر نیروهای الکترواسمزی نیز بررسی گردید و مشخص شد با کاهش اندیس توانی، می توان به افزایش فشار بیشتری دست یافت.
- Abstract
- Numerical study of electroosmotic flow of non-Newtonian fluids in microchannels and micropumps is presented. Power-law model is chosen for describing the non-Newtonian behavior of fluid. The main goal of the present study is ti investigate the flow characteristics of electroosmotic flow of non-Newtonian fluids in microchannels and micropumps. Governing equations of fluid motion and electroosmotic potential are discretised via Finite Volume method and solved by SIMPLE algorithm. It is assumed that there is no EDL overlapping in the microchannel. In the present study, effects of fluid behavior index (n), Zeta potential and EDL thickness are studied in the pure electroosmotic (EO) as well as mixed pressure driven/electroosmotic (PD/EO). Results show that the velocity profile becomes more plug-like as the fluid behavior index (n) decreases. Decrease of effective viscosity by decrease of fluid behavior index (n) can be an explanation for this observation. With increase of Zeta potential or decrease of EDL thickness, electroosmotic forces increase and the plug-like velocity profile of pure electroosmotic flow turns to a velocity profile which is a combination of plug-like and parabolic velocity profiles. Regarding electroosmotic micropumping of Power-law fluids, it was observed that by decrease of the fluid behavior index (n), the flow rate of electroosmotic micropump increases in non-linear relation with the fluid behavior index (n). Hence, higher flow rates can be expected in electroosmotic micropumping of pseudoplastic fluids (n<1) rather than dilatant fluids (n>1). Moreover, results show with increase of Zeta potential and decrease of EDL thickness, the pressure rise and the flow rate of electroosmotic micropumping of pseudoplastic fluids (n<1) increases, while these changes do not have a considerable effect on pressure rise and the flow rate of electroosmotic micropumping of dilatant fluids (n>1). Finally, pressure rise of Power-law fluid in a closed system (zero n