پدیده اختلاط و کنترل سیستم های ریزسیال

در طی دو دهه گذشته سیستم های ریز الکترومکانیکی (mems) کاربرد بسیار در زمینه های مختلف مهندسی پیدا کرده اند. از جمله فرآیند های مربوط به این سیستم ها، بررسی های زیستی-شیمیایی بر روی آزمایشگاهایی در مقیاس میکرو هستند ( ( mtasکه نیازمند بسیاری از عملیات در اندازه میکرون می باشند. پدیده اختلاط از جمله این پدیده ها می باشد که به دلایلی از جمله اندازه بزرگ مولکول ها و پایین بودن عدد رینولدز جریان حاکم ( جریان لایه ای) درمیکروکانال ها وقوع آن به طور کامل صورت نمی گیرد و در نتیجه نیاز به کاربرد ریزمخلوط کن ها در این سیستم ها را در پی دارد. تا کنون در مورد ریزمخلوط کن ها تحقیقات فراوانی صورت گرفته است و انواع مختلفی از این نوع وسایل نیز طراحی و ساخته شده است؛ اما در مورد کنترل پدیده اختلاط درون میکروکانال ها و ریزمخلوط کن ها کمتر مطالعاتی صورت گرفته است. لذا در این پایان نامه قصد داریم در ابتدا به بررسی بهینه سازی یک نوع میکروکانال با ساختار موجی ( به عنوان ریز مخلوط کن) بپردازیم. در این قسمت با در نظر گیری پارامتر های هندسی مربوط به ریزمخلوط کن و تعریف کردن یک تابع هزینه برای بازده اختلاط و مقاومت هیدرولیکی سیال، میدان سرعت و غلظت توسط نرم افزار comsol بدست می آید. سپس میزان تابع هزینه مخلوط کن در حالت های مختلف بررسی می شود و بر اساس نتایج بدست آمده حالت بهینه ریزمخلوط کن تعیین می شود. در قسمت بعدی از این پایان نامه با به کارگیری یک کنترلر پسخورد-پیشخورد هوشمند(فازی) در یک ریزمخلوط کن به کنترل میزان اختلاط درون کانال پرداخته می شود. ریزمخلوط کن استفاده شده در این قسمت دارای ساختاری متشکل از چندین الکترود و همچنین صفحات رسانا با توانایی تغییر میزان زتاپتانسیل (zeta potential) روی دیواره ها به منظور کنترل سرعت سیال روی آن ها است. نتایج بدست آمده از کنترلر فازی با نتایج مربوط به حل عددی توسط نرم افزار comsol مقایسه شده است. در قسمت آخر از این پایان نامه به کمک روش پایدار سازی مرزی بر مبنای تئوری لیاپانف و روش گام به عقب، پایداری میدان غلظت بررسی شده است و نیز کنترلر مرزی مناسب برای کنترل پدیده اختلاط درون یک میکروکانال با هندسه ساده طراحی گردیده است.