Optimización de un micromezclador con diferenciación automática
Autores: Jeßberger, Julius; Marquardt, Jan E.; Heim, Luca; Mangold, Jakob; Bukreev, Fedor; Krause, Mathias J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización de un micromezclador con diferenciación automática
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Micromezcladores
Fluidos
Suspensiones
Microfluidica
Rendimiento de mezcla
Presión de entrada
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
A medida que los micromezcladores ofrecen una mezcla económica y simple de fluidos y suspensiones, se han convertido en un dispositivo clave en microfluidica. Su rendimiento de mezcla puede aumentar significativamente al variar periódicamente la presión de entrada, lo que conduce a un flujo no estático y a un proceso de mezcla mejorado. En este trabajo, se considera un micromezclador con una unión en T y un canal serpenteante. Se optimiza numéricamente una función de pulso periódico para la presión de entrada en cuanto a frecuencia, amplitud y forma. Para ello, el flujo de fluidos y la concentración adsorbente se simulan tridimensionalmente con un método de Boltzmann en red (LBM) en OpenLB. Su implementación se combina luego con diferenciación automática hacia adelante (AD), lo que permite la aplicación genérica de esquemas de optimización rápida basados en gradientes. La calidad de mezcla se muestra aumentada en un 21.4% en comparación con el régimen estático y pasivo. Metodológicamente, los resultados confirman la idoneidad de la combinación de LBM y AD para resolver problemas de optimización a escala de proceso y la mayor precisión de AD sobre los enfoques de cociente de diferencia en este contexto.
Descripción
A medida que los micromezcladores ofrecen una mezcla económica y simple de fluidos y suspensiones, se han convertido en un dispositivo clave en microfluidica. Su rendimiento de mezcla puede aumentar significativamente al variar periódicamente la presión de entrada, lo que conduce a un flujo no estático y a un proceso de mezcla mejorado. En este trabajo, se considera un micromezclador con una unión en T y un canal serpenteante. Se optimiza numéricamente una función de pulso periódico para la presión de entrada en cuanto a frecuencia, amplitud y forma. Para ello, el flujo de fluidos y la concentración adsorbente se simulan tridimensionalmente con un método de Boltzmann en red (LBM) en OpenLB. Su implementación se combina luego con diferenciación automática hacia adelante (AD), lo que permite la aplicación genérica de esquemas de optimización rápida basados en gradientes. La calidad de mezcla se muestra aumentada en un 21.4% en comparación con el régimen estático y pasivo. Metodológicamente, los resultados confirman la idoneidad de la combinación de LBM y AD para resolver problemas de optimización a escala de proceso y la mayor precisión de AD sobre los enfoques de cociente de diferencia en este contexto.