مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

بررسی میکروپمپ مگنتوهیدرودینامیکی با جریان تحریک متناوب و میدان مغناطیسی ثابت

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز
چکیده
در این پژوهش، با جایگزین کردن آهنربای دائمی به جای آهنربای الکتریکی، امکان استفاده از میدان مغناطیسی ثابت به جای میدان متغیر در میکروپمپ‌های مگنتوهیدرودینامیکی با جریان تحریک الکتریکی متناوب بررسی شد. برای این منظور، نوسان دهنده مگنتوهیدرودینامیکی با سه نوع شیر یکطرفه جهت یکسو کردن جریان سیال ترکیب گردید تا امکان پمپ شدن سیال فراهم شود. بررسی به روش تحلیلی و عددی انجام شد. ابتدا معادلات دیفرانسیل حاکم معرفی و سپس با در نظر گرفتن میکروپمپ‌هایی فرضی در ابعاد و شرایط مختلف، معادلات بدست آمده برای سیستم‌های مورد بررسی به روش اختلاف محدود حل شد. در ادامه یک پمپ مگنتوهیدرودینامیکی ایده‌آل تعریف و عملکرد سیستم‌ها در قیاس با آن بررسی شد. مشاهده گردید که در میکروپمپ مجهز به شیر یکطرفه توپی، دبی و فشار به ترتیب 59 و 54 درصد شرایط ایده‌آل می باشد. همچنین این مقادیر برای شیر یکطرفه دیافراگمی 72 و 35 درصد و برای شیر یکطرفه شیپوره‌ای کمتر از دو درصد بدست آمد. بنابراین، عملکرد پمپ‌های مجهز به شیرهای یکطرفه توپی و دیافراگمی در قیاس با شرایط ایده‌آل قابل قبول است و لذا این دو سیستم برای پمپ کردن سیال در احجام کم و ابعاد کوچک مناسب می باشند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] A.-G. Niculescu, C. Chircov, A. C. Bîrcă, and A. M. Grumezescu, "Fabrication and applications of microfluidic devices: A review," International Journal of Molecular Sciences, vol. 22, no. 4, p. 2011, 2021, https://doi.org/10.3390/ijms22042011.
 
[2] S.-E. Ong, S. Zhang, H. Du, and Y. Fu, "Fundamental principles and applications of microfluidic systems," Front. Biosci, vol. 13, no. 1, pp. 2757-2773, 2008, https://doi.org/10.2741/2883.
 
[3] S. Hardt and F. Schönfeld, Microfluidic technologies for miniaturized analysis systems. Springer Science & Business Media, 2007,
https://doi.org/10.1007/978-0-387-68424-6.
 
[4] P. K. Das and A. T. Hasan, "Mechanical micropumps and their applications: A review," in AIP conference proceedings, 2017, vol. 1851, no. 1: AIP Publishing LLC, p. 020110, https://doi.org/10.1063/1.4984739
 
[5] D. J. Laser and J. G. Santiago, "A review of micropumps," Journal of micromechanics and microengineering, vol. 14, no. 6, p. R35, 2004, 10.1088/0960-1317/14/6/R01.
 
[6] A. V. Lemoff and A. P. Lee, "An AC magnetohydrodynamic micropump," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 63, no. 3, pp. 178-185, 2000, https://doi.org/10.1016/S0925-4005(00)00355-5.
 
[7] Y.-N. Wang and L.-M. Fu, "Micropumps and biomedical applications–A review," Microelectronic Engineering, vol. 195, pp. 121-138, 2018, https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.04.008
 
[8] L. Huang, W. Wang, and M. C. Murphy, "Lumped-parameter model for a micropump based on the magnetohydrodynamic (MHD) principle," in Design, Test, and Microfabrication of MEMS and MOEMS, 1999, vol. 3680: SPIE, pp. 379-387, https://doi.org/10.1117/12.341223
 
[9] J. Jang and S. S. Lee, "Theoretical and experimental study of MHD (magnetohydrodynamic) micropump," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 80, no. 1, pp. 84-89, 2000, https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00302-7.
 
[10]         J. Eijkel, C. Dalton, C. Hayden, J. Burt, and A. Manz, "A circular ac magnetohydrodynamic micropump for chromatographic applications," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 92, no. 1-2, pp. 215-221, 2003, https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00267-3.
 
[11]         H. Duwairi and M. Abdullah, "Thermal and flow analysis of a magneto-hydrodynamic micropump," Microsystem technologies, vol. 13, no. 1, pp. 33-39, 2007, http://dx.doi.org/10.1007/s00542-006-0258-0.
 
[12]         S. Lim and B. Choi, "A study on the MHD (magnetohydrodynamic) micropump with side-walled electrodes," Journal of mechanical science and technology, vol. 23, no. 3, pp. 739-749, 2009, https://doi.org/10.1007/s12206-008-1107-0.
 
[13]         S. Derakhshan and K. Yazdani, "3D analysis of magnetohydrodynamic (MHD) micropump performance using numerical method," Journal of Mechanics, vol. 32, no. 1, pp. 55-62, 2016, https://doi.org/10.1017/jmech.2015.39
 
[14]         S. Moghaddam, "Investigating flow in MHD micropumps," SN Applied Sciences, vol. 1, no. 12, pp. 1-13, 2019, https://doi.org/10.1007/s42452-019-1644-4.
 
[15]         J.-H. Seo, M. S. Patil, S. Panchal, and M.-Y. Lee, "Numerical investigations on magnetohydrodynamic pump based microchannel cooling system for heat dissipating element," Symmetry, vol. 12, no. 10, p. 1713, 2020, https://doi.org/10.3390/sym12101713.
 
[16]         J. Gómez, C. Hernández, J. Escandón, and R. Vargas, "Viscous micropump of immiscible fluids using magnetohydrodynamic effects and a power-law conducting fluid," Revista mexicana de física, vol. 67, no. 6, 2021, https://doi.org/10.31349/revmexfis.67.060601.
 
[17]         J. Mazloum and A. Shamsi, "3D design and numerical simulation of a check-valve micropump for lab-on-a-chip applications," Journal of Micro-Bio Robotics, vol. 16, no. 2, pp. 237-248, 2020, https://doi.org/10.1007/s12213-020-00139-y.
 
[18]         S. Moghaddam, "MHD micropumping of viscoelastic fluids: an analytical solution," Korea-Australia Rheology Journal, vol. 33, no. 2, pp. 93-104, 2021, https://doi.org/10.1007/s13367-021-0008-y.
 
[19]         B. Zahed, A. Behzadmehr, H. Azarkish, T. Fanaei Sheikholeslami, and G. Miri-Aliabad, "Design and multi-objective optimization of a magnetohydrodynamic drug delivery infusion micropump," Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 53, no. 10, p. 12, 2021, https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=B.+Zahed%2C+A.+Behzadmehr%2C+H.+Azarkish%2C+T.+Fanaei+Sheikholeslami%2C+and+G.+Miri-Aliabad%2C+%22Design+and+multi-objective+optimization+of+a+magnetohydrodynamic+drug+delivery+infusion+micropump%2C%22+Amirkabir+Journal+of+Mechanical+Engineering%2C+vol.+53%2C+no.+10%2C+p.+12%2C+2021.&btnG= .
 
[20]         B. Zahed, A. Behzadmehr, G. Miri-Aliabad, T. F. Sheikholeslami, and H. Azarkish, "Design and Fabrication of a New MHD Micropump for Continuous Subcutaneous Infusion to Thalassemia Major Patients," Zahedan Journal of Research in Medical Sciences, vol. 24, no. 1, 2022, https://brieflands.com/articles/zjrms-114017.pdf .
 
[21]         S. Cesmeci, R. Hassan, M. Baniasadi, and A. G. Palacio, "A magnetorheological flap valve micropump for drug delivery applications," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, vol. 34, no. 5, pp. 580-594, 2023, https://doi.org/10.1177/1045389X221113065.
 
[22]                         J. O’Hara and F. Fang, "Magnetohydrodynamic-based internal cooling system for a ceramic cutting tool: Concept design, numerical study, and experimental validation," Nanomanufacturing and Metrology, vol. 6, no. 1, p. 33, 2023, https://doi.org/10.1007/s41871-023-00210-9.
 
 
[24]         J. P. Hartnett and M. Kostic, "Heat transfer to Newtonian and non-Newtonian fluids in rectangular ducts," in Advances in heat transfer, vol. 19: Elsevier, 1989, pp. 247-356, https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70214-4.
 
[25]         K.-S. Yang, Y. Chen, B.-Y. Shew, and C.-C. Wang, "Investigation of the flow characteristics within a micronozzle/diffuser," Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 14, no. 1, p. 26, 2003, 10.1088/0960-1317/14/1/304.
 
[26]         K.-S. Yang, T.-F. Chao, I. Y. Chen, C.-C. Wang, and J.-C. Shyu, "A comparative study of nozzle/diffuser micropumps with novel valves," Molecules, vol. 17, no. 2, pp. 2178-2187, 2012, https://doi.org/10.3390/molecules17022178.
 
[27]         I. Idelchik, "Handbook of Hydraulic Resistance, Revised and Augmented," 2008, https://doi.org/10.1115/1.3264907.
 
[28]         "Galinstan." WIKIPEDIA, The Free Encyclopedia: [Online].<https://en.wikipedia.org/wiki/Galinstan>.[14 Feb 2023].
دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 161
خرداد و تیر 1404
صفحه 3-23

  • تاریخ دریافت 02 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 08 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 29 آبان 1403