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Investigation of Mixing Performance of Two-Dimensional Micromixer Using Tesla Structures with Different Shapes of Obstacles
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-02-17 , DOI: 10.1021/acs.iecr.9b06741 Shakhawat Hossain 1 , Ahmed Fuwad 2 , Kwang-Yong Kim 2 , Tae-Joon Jeon 3 , Sun Min Kim 2
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-02-17 , DOI: 10.1021/acs.iecr.9b06741 Shakhawat Hossain 1 , Ahmed Fuwad 2 , Kwang-Yong Kim 2 , Tae-Joon Jeon 3 , Sun Min Kim 2
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In this work, numerical and experimental analyses have been conducted to analyze the effect of different shapes of obstructions (diamond, rectangular, and circular) on mixing performance of a micromixer with Tesla structures. Fluid flow behaviors were numerically analyzed by solving the Navier–Stokes equations using convection-diffusion model in the Reynolds number range of 0.2–200. Tesla structure can produce transverse dispersion by splitting and recombining of the fluid streams. Micromixers were fabricated using a soft lithography technique with polydimethylsiloxane (PDMS). Quantitative and qualitative analyses were performed using inverted microscopy and image processing techniques. Sporadically positioned obstacles enhance the chaotic advection significantly, and thus the synergistic effect of the transverse dispersion and chaotic advection can improve overall mixing. Tesla structure with circular obstacles found to be very effective in terms of mixing and energy savings. Quantitative estimation of the experimental results shows highly consistent with the numerical results throughout the working range.
中文翻译：
使用不同障碍物形状的Tesla结构研究二维微混合器的混合性能
在这项工作中，进行了数值和实验分析，以分析不同形状的障碍物（菱形，矩形和圆形）对具有特斯拉结构的微型混合器的混合性能的影响。通过使用对流扩散模型在0.2–200的雷诺数范围内求解Navier–Stokes方程，对流体流动行为进行了数值分析。特斯拉结构可以通过流体流的分裂和重组产生横向分散。微型混合器是使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的软光刻技术制造的。使用倒置显微镜和图像处理技术进行定量和定性分析。散布在障碍物上的障碍物会大大增强对流，因此，横向分散和混沌对流的协同作用可以改善整体混合。发现具有圆形障碍物的特斯拉结构在混合和节能方面非常有效。实验结果的定量估计表明在整个工作范围内与数值结果高度一致。
更新日期：2020-02-17
中文翻译：
使用不同障碍物形状的Tesla结构研究二维微混合器的混合性能
在这项工作中，进行了数值和实验分析，以分析不同形状的障碍物（菱形，矩形和圆形）对具有特斯拉结构的微型混合器的混合性能的影响。通过使用对流扩散模型在0.2–200的雷诺数范围内求解Navier–Stokes方程，对流体流动行为进行了数值分析。特斯拉结构可以通过流体流的分裂和重组产生横向分散。微型混合器是使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的软光刻技术制造的。使用倒置显微镜和图像处理技术进行定量和定性分析。散布在障碍物上的障碍物会大大增强对流，因此，横向分散和混沌对流的协同作用可以改善整体混合。发现具有圆形障碍物的特斯拉结构在混合和节能方面非常有效。实验结果的定量估计表明在整个工作范围内与数值结果高度一致。
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