μPIV를 이용한 마이크로채널 내에서의 비뉴턴유체 유동에 대한 연구

Abstract

비뉴턴유체의 유동을 관찰하고 적은 양의 샘플만으로도 점도를 측정할 수 있는 시스템을 LED-μPIV와 PDMS 마이크로채널을 이용하여 구성하였다. 이 시스템을 이용하여 마이크로채널 유동의 속도분포와 압력강하를 측정하여 전단변형률과 전단응력의 관계를 파악하고 이로부터 점도를 계산하였다. 시스템 검증을 위해 뉴턴유체인 글리세린 수용액의 점도를 측정하여 문헌과 비교하였다. 이후 비뉴턴유체인 PEO 수용액의 유동을 관찰하여 뉴턴유체 유동과의 차이를 확인하였으며 전단변형률의 증가에 따라 점도가 감소하는 전단담화 현상을 확인하였다. 또한 PEO 수용액의 점도를 함수형태로 표현하기 위해 실험결과를 몇 가지 레올로지 점도모델에 적용하였다.; We constructed a microfluidic system to determine the viscosity of a nascent non-Newtonian fluid using LED-μPIV and PDMS microchannel. Using the system, we calculated viscosity by measuring the velocity distribution and pressure drop of a microchannel flow and determining the relation of stress and strain rate of the flow. In order to validate the system, the viscosity of a glycerin aqueous solution, a Newtonian fluid, was measured and compared to the value in literature. Then, we used a PEO aqueous solution, a non-Newtonian fluid, to identify differences between Newtonian and non-Newtonian fluids. The PEO solution exhibited the shear thinning behavior that viscosity decreases with increasing shear strain rate. Finally, four rheological models were applied to the PEO solution to express its viscosity.