Design of micromixer for precision milled microfluidic systems

Mikro akışkan sistemlerde karıştırma, akışın neredeyse her zaman laminer olması ve buna bağlı olarak taşınımın sadece difüzyona bağlı olması nedeniyle zor bir problemdir. Bu tezde, birbiriyle karışabilen iki sıvının bir mikro kanal içerisinde karıştırılması için pasif bir mikro karıştırıcı tasarlanmıştır. Karıştırıcı, difüzyon mesafesini kısaltan ve karıştırma kanalı boyunca yerleştirilmiş olan bir dizi boğumdan faydalanmaktadır. Mikro akışkan sistemlerin imalatı için birçok üretim tekniği olsa da, mikro karıştırıcıyı oluşturan boğumlar özellikle mikro frezeleme ile üretilecek şekilde tasarlanmıştır. Burada mikro frezeleme, diğer mikro akışkan üretim yöntemlerine göre esnekliği ve üretkenliği sebebiyle özellikle seçilmiştir. Tasarım amacıyla, ilk olarak karıştırma performansını etkileyen parametreler belirlenmiştir. Bu parametreler Reynolds sayısı (Re), boyutsuz boğum büyüklüğü ve boğum sayısıdır. Sonrasında mikro karıştırıcıların, COMSOL Multiphysics içerisinde yer alan hesaplamalı akışkanlar dinamiği araçları kullanılarak farklı parametre seviyelerinde simülasyonları yapılmıştır. Sonuç olarak, 15-20 boğumlu mikro karıştırıcıların çok düşük Re akışlarında %80'in üzerinde karıştırma verimine ulaşabildikleri bulunmuştur. Tasarım eniyilendikten sonra, mikro karıştırıcı, boğumlar kanal eksenine göre kaydırılarak iyileştirilmiştir. Bu iyileştirmenin karıştırma verimini %84'e yükselttiği görülmüştür.