Численное моделирование процессов тепломассопереноса в микрофлюидном тепловом датчике потока

1 / 15

70 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5
УДК 53.082.64 DOI: 10.18698/0236-3933-2017-5-70-84
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В МИКРОФЛЮИДНОМ
ТЕПЛОВОМ ДАТЧИКЕ ПОТОКА
В.В. Рыжков
А.В. Зверев
И.А. Родионов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
Аннотация Ключевые слова
Рассмотрены подходы к моделированию процессов теп-
ломассопереноса в микрофлюидных тепловых датчиках
потока жидкости. Методами численного моделирования
в среде COMSOL исследовано распределение теплоты от
нагревателя резистивного типа, расположенного на ниж-
ней поверхности микроканала прямоугольного сечения, в
зависимости от скорости потока жидкости, и выявлена
зона максимальной дивергентности температурного поля.
Определение зоны максимальной дивергентности темпе-
ратурного поля позволяет найти расстояние от нагревате-
ля, на котором наблюдается наибольшая разность темпе-
ратуры выше и ниже по течению от нагревателя при
изменении градиента давления вдоль канала, установлена
зависимость положения зоны максимальной дивергент-
ности температурного поля от скорости потока жидкости.
Для повышения чувствительности датчика на основании
проведенного моделирования предложен гибридный
метод измерения скорости потока, позволяющий расши-
рить диапазон измерений в 3 раза
COMSOL, микрофлюидика,
лаборатория-на-чипе, калоримет-
рический датчик потока, числен-
ное моделирование, гидродинамика
Поступила в редакцию 23.06.2017
©МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
Исследования выполнены с использованием материально-технической базы
ЦКП Научно-образовательного центра «Функциональные Микро/Наносистемы»
МГТУ им. Н.Э. Баумана (ID 74300)
Введение. Микрофлюидика — междисциплинарная наука, в которой рассмат-
риваются малые (порядка 10−6…10−9 л) объемы жидкостей и управление их по-
токами в микро- и нанометровых каналах микрофлюидных устройств [1], часто
изготовляемых методами микроэлектроники.
В некоторых областях физики, биологии и химии с помощью микрофлюид-
ных систем можно проводить уникальные эксперименты, которые были невоз-
можны без использования таких систем [2−6]. Наиболее широко микрофлюид-
ные системы используют для наблюдения таких условий среды, как кислот-
ность, ионная сила раствора, состав и концентрация отдельных веществ, при
кристаллизации белков [7−9]; микрофлюидные технологии позволяют отсле-