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Electroosmotic flow and heat transfer in a heterogeneous circular microchannel
Applied Mathematical Modelling ( IF 5 ) Pub Date : 2020-11-01 , DOI: 10.1016/j.apm.2020.06.022 Milad Azari , Arman Sadeghi , Suman Chakraborty
Applied Mathematical Modelling ( IF 5 ) Pub Date : 2020-11-01 , DOI: 10.1016/j.apm.2020.06.022 Milad Azari , Arman Sadeghi , Suman Chakraborty
Abstract Asymmetries in boundary condition are inevitable in practice in microfluidic channels, despite being rarely addressed from theoretical perspectives. Here, by arriving at closed form analytical solutions, we bring out a unique coupling between asymmetries in surface charge and heat transfer in electroosmotically driven microchannel flows. For illustration, we assume that the channel is laterally composed of two parts, each having specified values of the zeta potential and the wall heat flux. Considering low zeta potentials, we obtain analytical solutions in terms of infinite series for the dimensionless forms of the electric potential, the velocity, and the temperature distributions. We demonstrate that, by carefully adjusting the governing parameters, a variety of flow patterns may be achieved, a property that is crucial in applications such as liquid-phase transportation and mixing. Moreover, we show that the average velocity is a linear function of both the zeta potential ratio and the coverage factor. We further show that the average Nusselt number increases when part of the channel having the larger heat flux enlarges and the zeta potential of the part having the smaller surface charge increases. Hence, the maximum heat transfer rates are achieved when the boundary conditions are symmetrical.
中文翻译:
异质圆形微通道中的电渗流动和传热
摘要 边界条件的不对称在微流体通道的实践中是不可避免的,尽管很少从理论角度解决。在这里,通过得出封闭形式的解析解,我们在电渗驱动的微通道流中的表面电荷不对称和传热之间产生了独特的耦合。为了说明起见,我们假设通道横向由两部分组成,每部分都具有指定的 zeta 电位和壁面热通量值。考虑到低 zeta 电位,我们获得了电位、速度和温度分布的无量纲形式的无限级数解析解。我们证明,通过仔细调整控制参数,可以实现各种流动模式,一种在液相传输和混合等应用中至关重要的特性。此外,我们表明平均速度是 zeta 电位比和覆盖因子的线性函数。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。
更新日期:2020-11-01
中文翻译:
异质圆形微通道中的电渗流动和传热
摘要 边界条件的不对称在微流体通道的实践中是不可避免的,尽管很少从理论角度解决。在这里,通过得出封闭形式的解析解,我们在电渗驱动的微通道流中的表面电荷不对称和传热之间产生了独特的耦合。为了说明起见,我们假设通道横向由两部分组成,每部分都具有指定的 zeta 电位和壁面热通量值。考虑到低 zeta 电位,我们获得了电位、速度和温度分布的无量纲形式的无限级数解析解。我们证明,通过仔细调整控制参数,可以实现各种流动模式,一种在液相传输和混合等应用中至关重要的特性。此外,我们表明平均速度是 zeta 电位比和覆盖因子的线性函数。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。我们进一步表明,当具有较大热通量的通道部分扩大并且具有较小表面电荷的部分的 zeta 电位增加时,平均努塞尔数会增加。因此,当边界条件对称时,可实现最大传热率。