Un modelo de red para el flujo electroosmótico y por presión en canales microfluídicos porosos
Autores: García-Ros, Gonzalo; Sánchez-Pérez, Juan Francisco; Valenzuela, Julio; Conesa, Manuel; Cánovas, Manuel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un modelo de red para el flujo electroosmótico y por presión en canales microfluídicos porosos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Método de simulación de redes
Flujo electroosmótico
Flujo impulsado por presión
Microcanales
Modelo de red
Circuito eléctrico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 41
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, se presenta el método de simulación de redes como una herramienta para la resolución numérica del problema de flujo electroosmótico y por presión en microcanales con geometrías rectangular y cilíndrica. Basado en la ecuación de Brinkman para flujo estacionario y porosidad constante, el modelo de red está diseñado utilizando una discretización espacial. Se obtiene un circuito eléctrico equivalente al establecer una analogía entre la variable física velocidad del fluido y el potencial eléctrico. El modelo de red se resuelve de manera rápida y sencilla empleando un código de resolución de circuitos eléctricos, proporcionando soluciones para el perfil de velocidad en la sección transversal del canal y el flujo circulante total. Después de simular dos casos prácticos, se discute la idoneidad de la malla, relacionando los errores relativos cometidos en las variables de interés con el número de celdas utilizadas. Finalmente, se muestran dos aplicaciones adicionales, una para geometrías rectangulares y otra para canales cilíndricos, que demuestran los efectos que los principales parámetros que controlan el flujo en estos tipos de canales tienen en las velocidades y el flujo total: el potencial zeta de los poros del suelo, el potencial aplicado y los gradientes de presión, y la condición de contorno modificada por el potencial zeta en las paredes del canal.
Descripción
En este trabajo, se presenta el método de simulación de redes como una herramienta para la resolución numérica del problema de flujo electroosmótico y por presión en microcanales con geometrías rectangular y cilíndrica. Basado en la ecuación de Brinkman para flujo estacionario y porosidad constante, el modelo de red está diseñado utilizando una discretización espacial. Se obtiene un circuito eléctrico equivalente al establecer una analogía entre la variable física velocidad del fluido y el potencial eléctrico. El modelo de red se resuelve de manera rápida y sencilla empleando un código de resolución de circuitos eléctricos, proporcionando soluciones para el perfil de velocidad en la sección transversal del canal y el flujo circulante total. Después de simular dos casos prácticos, se discute la idoneidad de la malla, relacionando los errores relativos cometidos en las variables de interés con el número de celdas utilizadas. Finalmente, se muestran dos aplicaciones adicionales, una para geometrías rectangulares y otra para canales cilíndricos, que demuestran los efectos que los principales parámetros que controlan el flujo en estos tipos de canales tienen en las velocidades y el flujo total: el potencial zeta de los poros del suelo, el potencial aplicado y los gradientes de presión, y la condición de contorno modificada por el potencial zeta en las paredes del canal.