بهبود کارایی اختلاط در یک میکرومیکسر غیرفعال با استفاده از روش فعال آکوستیک

نظرزاده ابکنار, نیما; دولتی, فرید

doi:10.47176/MAJ.2025.1501

بهبود کارایی اختلاط در یک میکرومیکسر غیرفعال با استفاده از روش فعال آکوستیک

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

¹ کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

10.47176/MAJ.2025.1501

چکیده

در این پژوهش، یک میکرومیکسر آکوستیک ترکیبی که از سازوکارهای اختلاط فعال و غیرفعال بهره می‌برد، موردبررسی قرارگرفته است. هدف اصلی، ارزیابی تأثیر پارامترهای هندسی مانند طول، عرض و ارتفاع ستون‌ها، زاویه‌ی لبه‌های تیز، و فاصله‌ی بین آن‌ها بر عملکرد اختلاط سیال است. برای این منظور، شبیه‌سازی‌های عددی در نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیک انجام‌شده و تغییرات الگوهای جریان، شدت گردابه‌ها و نرخ اختلاط مورد تحلیل قرارگرفته است. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع ستون‌ها موجب تقویت ساختارهای گردابی و بهبود نرخ اختلاط می‌شود. همچنین، کاهش عرض ستون‌ها اثر مثبتی بر میزان اختلاط داشته، درحالی‌که افزایش آن موجب کاهش بازدهی اختلاط شده است. کاهش فاصله‌ی بین لبه‌های تیز نرخ اختلاط را افزایش داده که نشان‌دهنده‌ی تفاوت رفتار میکرومیکسرهای ترکیبی با مدل‌های صرفاً آکوستیک است. درمجموع، این مطالعه نشان می‌دهد که ترکیب مکانیسم‌های فعال و غیرفعال در کنار بهینه‌سازی هندسی، می‌تواند بهبود چشمگیری در عملکرد میکرومیکسرهای آکوستیک ایجاد کند. این یافته‌ها مسیر جدیدی را برای طراحی نسل آینده‌ی میکرومیکسرهای کارآمدتر ارائه می‌دهد.

چکیده تصویری

کلیدواژه‌ها

بهبود کارایی اختلاط در یک میکرومیکسر غیرفعال با استفاده از روش فعال آکوستیک

موضوعات

پیشرانش و انتقال حرارت

عنوان مقاله [English]

Enhancing Mixing Efficiency in a Passive Micromixer Using the Acoustic Active Method

نویسندگان [English]

Nima Nazarzadeh ¹
Farid Dolati ²

¹ Bachelor of Science, Faculty of Mechanical Engineering, Guilan University, Rasht, Iran

² Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Guilan University, Rasht, Iran

چکیده [English]

Vibration energy harvesting is one of the methods that is used as energy supply for electronic devices that have low power consumption (such as sensors). With the advent of piezoelectrics and due to the properties of piezoelectric materials, they were quickly introduced as one of the most common materials for energy harvesting. Currently, vibration energy harvesting with piezoelectric material can produce more than 300 microwatts per square centimeter of power. Piezopolymers are one of the types of piezoelectric materials. In this work, with the help of EAPap piezopolymer materials, which are a thin film of cellulose, energy-harvesting beams have been made. By changing the location of the piezoelectric along the length of the cantilever beam, the changes in voltage, current and output power have been investigated. It can be seen that by changing the position of the piezoelectric on the beam and getting closer to the end of the beam, the output power, current and voltage have also increased due to the increase in the amount of strain.

کلیدواژه‌ها [English]

Acoustic micromixer
Active and passive mixing
Numerical simulation
Mixing efficiency
Optimized geometry

مراجع

[1] Guo F, Mao Z, Chen Y, Xie Z, Lata JP, Li P, et al. Three-dimensional manipulation of single cells using surface acoustic waves. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113(6):1522-7. Doi: 10.1073/pnas.1524813113

[2] Huang PH, Chan CY, Li P, Nama N, Xie Y, Wei CH, et al. A spatiotemporally controllable chemical gradient generator via acoustically oscillating sharp-edge structures. Lab Chip. 2015;15(21):4166-76. Doi: 10.1039/c5lc00868a

[3] Zhang J, Yan S, Yuan D, Alici G, Nguyen NT, Ebrahimi Warkiani M, et al. Fundamentals and applications of inertial microfluidics: a review. Lab Chip. 2016;16(1):10-34. Doi: 10.1039/c5lc01159k

[4] Nguyen N-T, Wu Z. Micromixers—a review. Journal of micromechanics and microengineering. 2004;15(2):0960-1317. Doi: 10.1088/0960-1317/15/2/R01

[5] Glasgow I, Aubry N. Enhancement of microfluidic mixing using time pulsing. Lab Chip. 2003;3(2):114-20. Doi: 10.1039/b302569a

[6] Ghorbani Kharaji Z, Kalantar V, Bayareh M. Acoustic sharp-edge-based micromixer: a numerical study. Chemical Papers. 2022;76(3):1721-38. Doi: 10.1007/s11696-021-01994-0

[7] Boluriaan S, Morris PJ. Acoustic streaming: from Rayleigh to today. International Journal of aeroacoustics. 2003;2(3):255-92. Doi: 10.1260/147547203322986142

[8] Zhang C, Guo X, Brunet P, Costalonga M, Royon L. Acoustic streaming near a sharp structure and its mixing performance characterization. Microfluidics and Nanofluidics. 2019;23:1-15. Doi: 10.1007/s10404-019-2271-5

[9] Zhang C, Brunet P, Royon L, Guo X. Mixing intensification using sound-driven micromixer with sharp edges. Chemical Engineering Journal. 2021;410:128252. Doi: 10.1016/j.cej.2020.128252

[10] Meijer HE, Singh MK, Kang TG, Den Toonder JM, Anderson PD, editors. Passive and active mixing in microfluidic devices. Macromolecular symposia; 2009:279:1:201-209. Wiley Online Library. Doi: 10.1002/masy.200950530

[11] Hessel V, Löwe H, Schönfeld F. Micromixers—a review on passive and active mixing principles. Chemical engineering science. 2005;60(8-9):2479-501. Doi: 10.1016/j.ces.2004.11.033

[12] Nagy KD, Shen B, Jamison TF, Jensen KF. Mixing and dispersion in small-scale flow systems. Organic Process Research & Development. 2012;16(5):976-81. Doi: 10.1021/op200349f

[13] Zahedzadeh M, Ommi F. Effect of Ramp Height on Fuel-Air Mixing Characteristics for Dual Transverse Injection behind the Ramp in Supersonic Air Crossflow. Aerospace Mechanics. 2022;18(3):27-40.(persian) Dor: 20.1001.1.26455323.1401.18.3.3.5

[14] Zahed M, Ebrahimi R, Mehdizadeh NS. Computational Simulation of a Turbulent Jet Noise, Using the Acoustic Analogy. Aerospace Mechanics Journal. 2008;3(4):35-47. URL: https://www.magiran.com/paper/539163