مطالعه عددی اثرات گرمای ژول بر جریان الکترواسمتیک درون یک ریزمجرا با سطح مقطع مثلثی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، ،دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

در مقاله حاضر اثرات گرمای ژول بر جریان الکترواسمتیک درون یک ریزمجرا با سطح مقطع مثلثی شکل و دیواره دما ثابت به روش عددی بررسی شده است. معادله انرژی برای توزیع دما، معادله ناویر استوکس برای توزیع سرعت و یک معادله پواسون برای توزیع پتانسیل الکتریکی به روش حجم محدود در مختصات عمومی حل شده­اند. در عین حال خواص ترموفیزیکی سیال نظیر لزجت دینامیکی و رسانندگی الکتریکی تابع تغییرات دما در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می­دهد که افزایش عدد ژول موجب افزایش دما، سرعت و دبی در عدد ای­دی­ال ثابت می­شود. در یک عدد ژول ثابت، افزایش عدد ای­دی­ال موجب افزایش دبی می­شود. با افزایش زاویه بین ساق­ها و قاعده در یک عدد ژول معین، دمای میانگین و سرعت میانگین کاهش می­یابند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of Joule heating effects on electroosmotic flow through a microchannel with triangular cross-section

نویسندگان [English]

  • M. M. Afsari 1
  • S. A. Mirbozorgi 2
چکیده [English]

In this paper, numerical investigation of Joule heating effects on the electroosmotic flow through a microchannel with the triangular cross section and constant wall temperature have been presented. The energy equation for the temperature distribution, Navier–Stokes equation for the velocity distribution and a Poisson equation for the electric potential distribution have been solved by using the finite-volume method in a system curvilinear coordinates. Thermophysical properties such as the dynamic viscosity and electric conductivity vary with temperature. The results show that by increasing the Joule number, the temperature, velocity and mass flow rate increase with constant EDL number. With constant Joule number, the increments of EDL number causes the mass flow rate to increase. Mean temperature and velocity reduced by increasing the angle between sides and base of the cross-section in the particular Joule number.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electroosmotic flow
  • Joule heating
  • Triangular microchannel
  • Constant wall temperature

مراجع

[1] J.P. Kutter, “Current developments in electrophoretic and chromatographic separation methods on microfabricated devices”, Trac-Trends in Analyt.Chem., No, 19, pp. 352–363, 2000.
[2] J. Yang, C.W. Li and M.S. Yang, “Lab-on-a-chip (microfluidics) technology”, ActaBioch. Biop.Sin, No, 34, pp. 117–123, 2002.
[3] E. Verpoorte, “Microfluidic chips for clinical and forensic analysis”, Electrophoresis, No, 23, pp. 677–712, 2002.
[4] S. A. Mirbozorgi, H. Niazmand, M. Renksizbulut, “Electro-osmotic flow in reservoir-connected flat microchannels with non-uniform zeta potential”, J. Fluids Engineering, No, 128, pp. 1133-1143, 2006.
[5] M. Wang, J.K. Wang, S.Y. Chen, N. Pan, “Electrokinetic pumping effects of charged porous media in microchannels using the lattice Poisson–Boltzmann method”, J. Colloid Inter f. Sci, No. 304, pp246–253, 2006.
[6] George Karniadakis, Ali Beskok, Narayan Aluru, “Microflows and Nanoflows Fundamentals and Simulation”, Springer, 2005.
[7] Rice, C. L., and Whitehead, R., “Electrokinetic Flow in a Narrow Cylindrical Capillary”, J. Phys. Chem, No, 69, pp 4017–4023, 1965.
[8] Burgreen, D., and Nakache, F. R., “Electrokinetic Flow in Ultra Fine Capillary Slits”, J. Phys. Chem., No. 68, pp 1084–1091, 1964.
[9] Keisuke Horiuchi, PrashantaDutta, “Joule heating effects in electroosmotically driven
microchannel flows”, International Journal of Heat and Mass Transfer, No, 47, pp 3085–3095, 2004.
[10] Q.Liao, X. Zhu, T.Y. Wen, “Thermal effects on mixed electro-osmotic and pressure driven flows in triangle microchannels”, App. Thermal Engineering, No, 29, pp 807-814, 2008.
[11] Q.Liao, X. Zhu, T.Y. Wen, “Numerical investigation of electro-osmotic flows in triangle microchannels”, J. Applied Thermal Engineering, No, 28, pp 1463-1470, 2007.
[12] Prashata Dutta, Keisuke Horiuchi, Akram Hossain, “Joule-heating effects in mixed electro-osmotic and d pressure-driven mcroflows under constant wall heat flux”, J. Engineering Mathematics, No, 54, pp 159-180, 2005.
[13] J.T. Dickey, T.T. Lam, “Heat transfer in triangular microchannels”, Adv. Electron.
Packag, No. 2 ,pp. 303–307, 2003.
[14] P. Talukdar, M. Shah, “Analysis of Laminar Mixed Convective Heat Transfer in Horizontal Triangular Ducts”, Numer. Heat Transfer A: Appl, No. 54, pp 1148–1168, 2008.
[15] M. Renksizbulut, H. Niazmand, “Laminar flow and heat transfer in the entrance region of trapezoidal channels with constant wall temperature”, J. Heat Transfer, No. 128, pp. 63–74, 2006.
[16] H. Niazmand, M. Renksizbulut, E. Saeedi, “Developing slip-flow and heattransfer in trapezoidal microchannels”, Int. J. Heat Mass Transf, No, 51, pp. 6126–613, 2008.
[17] R. Sadasivam, R.M. Manglik, M.A. Jog, “Fully developed forced convection through trapezoidal and hexagonal ducts” , Int. J. Heat Mass Transfer , No, 42, pp. 4321–4331, 1999.
[18] Z.L. Guo, T.S. Zhao, Y. Shi, “A lattice Boltzmann algorithm for electro-osmotic flows in microfluidic devices”, J. Chem. Phys , Vol. 122, pp. 144907-1–144907-10
[19] T.S. Zhao, Q. Liao, “Thermal effects on electro-osmotic pumping of liquids in microchannels”, J. Micromech.Microeng, No. 12, pp. 962–970, 2002.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار