3차원 마이크로 믹서에서 나선지수에 의한 혼합예측

Abstract

본 논문은 미소 유동 시스템에서 용해성 물질이 마이크로 믹서를 흐르는 경우에 대해, 혼합의 정도를 나타내는 혼합지수(D_(I))를 계산하는 새로운 방법을 제시하였다. 단순한 직선형 믹서과 비교적 복잡한 사행성 믹서의 유동을 수치 해석하여 분자확산, 혼돈류, 혼합 정도에 대해 고찰하였다. 마이크로 유동의 영역에서 혼합과 관련한 연구를 위해서 혼돈류의 회전 성분 크기를 나타낼 수 있는 식이 필요하다. 따라서 혼돈류 내 회전성분의 크기를 잴 수 있는 나선지수(H_(I )를 새롭게 제안하였다. 나선지수와 혼합지수의 관계를 파악하기 위해 사행성 믹서 내의 유동 혼합을 해석하였으며, 두 지수의 관계를 회귀 분석하였다. 그 결과, 두 함수의 관계는 간단한 대수방정식으로 나타낼 수 있었고 이 대수 방정식의 활용은 복잡한 편미분 방정식을 사용하지 않고도 마이크로 믹서 내 유동장만으로 혼합 정도의 평가가 가능하므로 3차원 마이크로 믹서에서 혼합을 예측하는데 중요한 요소로 사용될 것이다.; The present paper suggests new method to know the effects of molecular diffusion and the helicity of microchannel flows on mixing in passive micromixers, which are essential components of a microfluidic chip. In this study, 'Helix Index' is newly defined as the magnitude of chaotic advection. Relationship between Helix Index and Mixing Index is analyzed numerically such as the wide range of Peclet and Reynolds numbers in three dimensional serpentine microchannel when using soluble solutions (water/glycerol). As a result, a simple algebraic equation is derived by this relationship based on a regression analysis. The algebraic equation is found to be able to accurately predict the mixing performance without solving the coupled, complex momentum and mass transfer equations.