マイクロ流体デバイスの多相液液フローのコンパクトモデル

マイクロチャネルネットワークにおける粘性の多相流体の層流を説明するコンパクトモデルを提示します。このモデルは、通常、油と水を表す2つの不混和性の流体の流れに適用します。各液体の1つの入口を含むマイクロチャネルのネットワークでは、Tジャンクションで2つの分岐会議に分割されます。2つのアウトレットを介したネットワーク。このネットワークは、電気的な「ホイートストーンブリッジ」に似ており、単純化されたインターディジタルマイクロリアクターを表します。ここでは、混合される流体が小さな枝に分離され、後に再結合されます。分析ソリューションと計算モデリングから、このネットワーク内の流体の流れは、ネットワークのさまざまな分岐間の流体抵抗の小さな違いに非常に敏感であることを示しています。混合に対する深い影響。これらのエラーは、流体間の粘度の差、処理条件、およびさまざまなチャネルの幾何学的抵抗パラメーターに依存します。流体接合部の上流の流通チャネルの抵抗を増やすことで、分布エラーを最小化できます。流体間の相互作用は、チャネルの洪水時間よりも桁違いに長い過渡現象につながる可能性があります。これは、flui-logic操作でインピーダンスのような用語を提供するために悪用される場合があります。

We present a compact model describing the laminar flow of viscous multiphase fluids in micro-channel networks. We apply this model to the flow of 2 immiscible fluids representing typically oil and water, in a network of micro-channels comprising one inlet for each fluid splitting into 2 branches meeting at a T-junction, where the 2 phases are combined before exiting the network through two outlets. This network is akin to an electrical "Wheatstone bridge" and represents a simplified interdigital micro-reactor, where the fluids to be mixed are separated into smaller branches and later re-combined together. We show from an analytical solution and a computational modelling that fluid flow inside this network is very sensitive to small differences in fluid resistance between the various branches of the network, which may lead to catastrophic error in fluid distribution between the various branches that can have a profound effect on mixing. These errors depend on the viscosity difference between the fluids, on the processing conditions, and also on the geometric resistance parameters of the various channels. Increasing the resistance of the distribution channels upstream of the fluid junctions allows minimisation of the distribution errors. Interaction between the fluids can also lead to transients that are orders of magnitude longer than the flooding time of the channels. This may be exploited to provide impedance-like terms in flui-logic operations.