بررسی میزان افزایش عملکرد دو ریزپمپ الکترواسموتیک با اتصال سری به روش حجم محدود

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند

2 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند

3 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

ریزپمپ های الکترواسموتیک، دسته ای از تجهیزات ریزسیالی هستند که در آنها حرکت جریان سیال به وسیله اعمال میدان الکتریکی خارجی شکل می گیرد. این میدان، عموما به کمک دو الکترود مغروق در الکترولیت، به ریزپمپ اعمال می گردد. نحوه نصب صفحات الکترود حامل جریان در سیال الکترولیت و قرارگیری آنها بر سر راه عبور جریان سیال، موضوعی است که می‌تواند اثرات نامطلوبی بر کیفیت عملکرد ریزپمپ داشته باشد. در مقاله حاضر روشی ارائه شده که به کمک آن می توان بر این مشکل غلبه کرد. در این روش، صفحات الکترود به جای قرارگیری در سر راه جریان سیال، به کمک اتصالاتی T شکل، به دیواره ریزپمپ متصل شده و ضمن تحت تاثیر قراردادن توده سیال، ممانعتی نیز در مسیر حرکت جریان سیال ایجاد نمی کنند. چنین اتصالی، علاوه بر رفع مشکل پیشین، مزیت دیگری نیز دارد که آن امکان سری کردن پمپ‌ها و افزایش هد فشاری آنهاست. تمامی شبیه سازی های انجام شده در این مقاله در یک هندسه دوبعدی بین دو صفحه موازی انجام گرفته و شرایط جریان نیز آرام، تراکم ناپذیر و دائم فرض شده است. برای حل معادلات حاکم بر میدان جریان سیال، میدان‌های الکتریکی داخلی و خارجی و توزیع غلظت یون‌های مثبت و منفی موسوم به ارنست - پلانک از روش حجم محدود استفاده شده است. به استناد نتایج حاصله سری کردن دو ریزپمپ در قیاس با ریزپمپی با طول مشابه تا 80 درصد هد فشار خروجی را افزایش می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Vasudev A, Bhansali S (2013) Microelectromechanical systems (MEMS) for in vivo applications. In: Inmann A, Hodgins D  (eds) Implantable Sensor Systems for Medical Application.
[2]  Farré M, Kantiani L and Barceló D (2012) Microfluidic Devices: Biosensors. In: Picó Y (ed) Chemical Analysis of Food: Techniques and Applications.
[3]  Qin D, Xia Y, Rogers J A, Jackman R J, Zhao X M and Whitesides G M (1998) Microfabrication, Microstructures and Microsystems, Microsystem Technology in Chemistry and Life Science. Springer, Berlin Heidelberg.
[4]  Chhabra R, Shankar V (2018) Transport Processes in Microfluidic Applications. In: Chhabra R, Shankar V (eds) Coulson and Richardson's Chemical Engineering.
[5]  Ahn J, Ko J, Lee S, Yu J, Kim Y and Jeon N L (2018) Microfluidics in nanoparticle drug delivery. Adv Drug Deliv Rev 128: 29-53.
[6]  Sanjay S T, Zhou W, Dou M, Tavakoli H, Ma L, Xu F, Li X (2018) Recent advances of controlled drug delivery using microfluidics platforms. Adv Drug Deliv Rev 128: 3-28.
[7]  Fan Y Q, Gao F, Wang M, Zhuang J, Tang G and Zhang Y J (2017) Recent Development of Wearable Microfluidics Applied in Body Fluid Testing and Drug Delivery. Chinese J. Anal. Chem 45(3): 455-463.
[8]  Pi Y, Chen J, Miao M, Jin Y and Wang W (2018) A fast and accurate temperature prediction method for microfluidic cooling with multiple distributed hotspots. Int. J. Heat Mass Transf 127: 1223-1232.
[9]  Lorenzini D and Joshi Y (2019) Numerical modeling and experimental validation of two-phase microfluidic cooling in silicon devices for vertical integration of microelectronics. Int. J. Heat Mass Transf 138: 194-207.
[10] Laguna G, Vilarrubí M, Ibañez M, Betancourt Y and Illa J (2018) Numerical parametric study of a hotspot-targeted microfluidic cooling array for microelectronics. Appl. Therm. Eng. 144: 71-80.
[11] Agustini D, Bergamini M F and Marcolino-Junior L H (2017) Characterization and optimization of low cost microfluidic thread based electroanalytical device for micro flow injection analysis. Anal Chim Acta 951: 108-115.
[12] Wang Y, He Q, Dong Y and Chen H (2010) In-channel modification of biosensor electrodes integrated on a polycarbonate microfluidic chip for micro flow-injection amperometric determination of glucose. Sens. Actuators B Chem 145(1): 553-560.
[13] Ozasa K, Won J, Song S and Maeda M (2016) Toxic Effect Monitoring by Analyzing Swimming Motions of Microbial Cells Confined in Microfluidic Chip with Micro-Trench Flow Injection. Procedia Eng. 168: 1450-1453.
[14] Hossan M R, Dutta D, Islam N and Dutta P (2018) Review: Electric field driven pumping in microfluidic device. Electrophoresis 39(5-6): 702-731.
[15] Kitagawa F, Kawai T and Otsuka K (2013) On-line Sample Preconcentration by Large-volume Sample Stacking with an Electroosmotic Flow Pump (LVSEP) in Microscale Electrophoresis. Anal Sci 29 (12): 1129-1139.
[16] Wang X, Cheng C, Wang S and Liu S (2009) Electroosmotic pumps and their applications in microfluidic systems. Microfluidics and Nanofluidics 6(2): 145-162.
[17] Wang X, Wang S, Gendhar B, Cheng C, Byun CK, Li G, Zhao M, Liu S (2008) Electroosmotic pumps for microflow analysis. Trends Analyt Chem 28(1): 64-74.
[18] Morf  W E, Guenat O T and Rooij N F de (2001). Partial electroosmotic pumping in complex capillary systems: Part 1: Principles and general theoretical approach. Sens. Actuators B Chem 27(3): 266-272.
[19] Chuan-Hua C and Santiago J G (2002) A planar electroosmotic micropump. J. Microelectromechanical Syst. 11(6): 672-683.
[20] Narla V K, Tripathi D and Bég O A (2020) Analysis of entropy generation in biomimetic electroosmotic nanofluid pumping through a curved channel with joule dissipation. Therm. Sci. Eng. Prog. 15: 100424.
[21] Cui R H and You H Y (2010) Study on Controlling Conditions of Flux of Monolithic Electroosmotic Pump. Chinese J. Anal. Chem 38(6): 848-850.
[22] Gao M and Gui L (2014) A handy liquid metal based electroosmotic flow pump. Lab Chip 14(11):1866-72.
[23] Paul P H, Arnold D W, Neyer D W and K B, Smith K B (2000) Electrokinetic Pump Application in Micro-Total Analysis Systems Mechanical Actuation to HPLC. In: Berg V, Olthuis W, Bergveld P (eds) Micro Total Analysis Systems. Springer, Dordrecht.
 
[24] Chen L, Guan Y, Ma J, Luo G and Liu K (2011) Application of a high-pressure electro-osmotic pump using nanometer silica in capillary liquid chromatography. J. Chromatogr. A(1064):19-24.
[25] He C (2011) Flow batteries for microfluidic networks: configuring an electroosmotic pump for nonterminal positions. Anal Chem 83(7): 2430-3.
[26] Gu C, Jia Z, Zhu Z, He C, Wang W, Morgan A, Lu J, Liu S (2012) Miniaturized electroosmotic pump capable of generating pressures of more than 1200 bar. Anal Chem 84(21):  9609-14.
 [27] Mirbozorgi S A, Niazmand H, Renksizbulut M (2006) Electro-Osmotic Flow in Reservoir-Connected Flat Microchannels With Non-Uniform Zeta Potential. J. Fluids Eng. 128: 1133-1143.