Flujo electroosmótico impulsado por presión transitoria a través de microcanales de sección transversal elíptica con diversas excentricidades
Autores: Numpanviwat, Nattakarn; Chuchard, Pearanat
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Flujo electroosmótico impulsado por presión transitoria a través de microcanales de sección transversal elíptica con diversas excentricidades
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Solución semi-analítica
Flujo electroosmótico transitorio
Microcanales cilíndricos elípticos
Ecuaciones de Navier-Stokes
Transformada de Laplace
Funciones de Mathieu
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
La solución semi-analítica para el flujo electroosmótico transitorio a través de microcanales cilíndricos elípticos se deriva de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando la transformada de Laplace. La fuerza electroosmótica expresada por la ecuación de Poisson-Boltzmann linealizada se considera la fuerza externa en las ecuaciones de Navier-Stokes. La solución del campo de velocidad se obtiene en forma de funciones de Mathieu y Mathieu modificadas y es capaz de describir el comportamiento del flujo en el sistema cuando la condición de contorno es constante o variable. La velocidad del fluido se calcula numéricamente utilizando la transformada inversa de Laplace para describir el comportamiento transitorio. Además, se presentan las tasas de flujo y los errores relativos en las tasas de flujo para investigar el efecto de la excentricidad de la sección transversal elíptica. La investigación muestra que, cuando el área de las secciones transversales del canal está fija, los errores relativos son inferiores al 1% si la excentricidad no es mayor que 0.5. Como resultado, se puede asumir que un canal elíptico con una excentricidad no mayor que 0.5 es circular cuando la solución se escribe en forma de funciones trigonométricas para evitar la dificultad en el cálculo de las funciones de Mathieu y Mathieu modificadas.
Descripción
La solución semi-analítica para el flujo electroosmótico transitorio a través de microcanales cilíndricos elípticos se deriva de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando la transformada de Laplace. La fuerza electroosmótica expresada por la ecuación de Poisson-Boltzmann linealizada se considera la fuerza externa en las ecuaciones de Navier-Stokes. La solución del campo de velocidad se obtiene en forma de funciones de Mathieu y Mathieu modificadas y es capaz de describir el comportamiento del flujo en el sistema cuando la condición de contorno es constante o variable. La velocidad del fluido se calcula numéricamente utilizando la transformada inversa de Laplace para describir el comportamiento transitorio. Además, se presentan las tasas de flujo y los errores relativos en las tasas de flujo para investigar el efecto de la excentricidad de la sección transversal elíptica. La investigación muestra que, cuando el área de las secciones transversales del canal está fija, los errores relativos son inferiores al 1% si la excentricidad no es mayor que 0.5. Como resultado, se puede asumir que un canal elíptico con una excentricidad no mayor que 0.5 es circular cuando la solución se escribe en forma de funciones trigonométricas para evitar la dificultad en el cálculo de las funciones de Mathieu y Mathieu modificadas.