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Static chaos microfluid mixers using microblock-induced alternating whirling and microchannel-induced lamination = 미소블록에 의한 교차적인 회전유동과 미소유로에 의한 유동박층화를 이용한 정적 혼돈 미소유체 혼합기에 관한 연구
서명 / 저자 Static chaos microfluid mixers using microblock-induced alternating whirling and microchannel-induced lamination = 미소블록에 의한 교차적인 회전유동과 미소유로에 의한 유동박층화를 이용한 정적 혼돈 미소유체 혼합기에 관한 연구 / Sung-Hwan Chang.
저자명 Chang, Sung-Hwan ; 장성환
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2003].
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초록정보

This thesis investigates Static chaos microfluid mixers for Micro Total Analysis Systems (μTAS). The present design uses microblock for generating whirling flow in microchannel. Using microblock-induced whirling flow, we propose static chaos microfluid mixers that make alternating whirling flow for generating complexities of fluid motion (AW-type). Additionally, we propose static chaos microfluid mixers that use both alternating whirl and lamination, which is dividing channel-induced fluid splitting (AWL-type). For the test of mixing quantities, we use pH indicator phenolphthalein-ethanol solution. Using detecting the color intensities on the specimens, we quantify the mixing quantity and measure mixing length that is axial length required for 90% mixing. In the experimental study, AW-type and AWL-type can enhance mixing in microscale. AW-type enhances mixing well in relatively high Re, such as Re=6.5,13. AWL-type enhances mixing in wide range. 0.13

본 논문에서는 미소블럭에 의해 회전 유동을 만들고, 회전유동이 반시계 방향 - 시계방향으로, 교차적으로 일어나게 제안하여, 유동의 복잡성을 증대시켜 미소유로내에서의 유체 혼합을 증대시키는 방법과 유체 흐름을 박층화 시켜 확산에 의한 혼합을 증가 시키는 방법을 조합하여 기존의 일반적인 마이크로펌프가 줄 수 있는 유량영역의 조건에서 광범위하게 유체 혼합이 잘 일어날 수 있도록 꾀하였다. 유체혼합정도를 비교하기 위하여 단면이 일정한 직선형태의 시편과 박층화만 시키는 시편, 그리고 제안한 교차회전을 일으키는 시편과 교차회전과 박층화를 조합하는 시편을 제작하였다. pH 지시약으로 사용되는 페놀프 탈레인 용액을 수산화 나트륨 용액과 함께 미소유체혼합기의 서로 다른 입력단으로 흘려, 빨간색의 진하기 정도를 정량화 함으로써, 혼합정도를 측정하였고, 완전히 혼합이 되어 나타난 빨간색에 대한 편차를 실험을 통해 얻어내고, 그것으로써, 90% 이상이 혼합된 길이를 정량화하여 유효한 혼합이 일어나는 것에 대한 잣대로 삼았다. 측정 결과 유속이 매우 느리고, 확산계수를 무시 할 수 없는 경우에는 박층화만 일으키는 시편, 교차회전을 일으키는 시편, 교차회전과 박층화를 일으키는 시편이 모두 적절한 혼합 성능을 나타내었으나, 박층화만 일으키는 시편은 상대적으로 낮은 유량 범위에서만, 유효한 혼합정도를 나타내었고, 교차회전을 일으키는 시편은 상대적으로 높은 유량에서 유효한 혼합정도를 나타내었다. 반면, 교차회전과 박층화를 이용한 시편은 박층화와 유동의 복잡성이라는 두가지 혼합 방법을 적절히 이용하여 넓은 유량 영역에서 유체혼합을 유효하게 일으키는 것으로 나타났다 (혼합길이:0.28~0.58cm). 또한 각 시편들에서 발생하는 압력 손실을 측정함으로써, 일반적인 마이크로 펌프에 적용이 가능할지를 살펴 보았다. 교차회전과 교차회전 및 박층화를 이용한 시편들이 나머지 두 시편들에 비하여 큰 압력손실을 가졌으나, 일반적인 마이크로 펌프의 압력 한계 수준안에 들어 오므로 마이크로펌프를 구동원으로 사용함에 큰 문제가 없음을 알 수 있었고, 교차회전과 박층화를 이용한 시편이 (최대유량 240㎕/min 에서 압역손실이 5kPa미만) 교차회전만을 이용한 시편 (최대유량 240㎕/min 에서 압역손실이 7kPa미만) 보다는 압력 손실이 적다는 것을 확인할 수 있었다. 이로써 본 논문은 제안한 교차회전 및 박층화를 이용한 시편이 넓은 영역에서의 안정된 혼합정도를 가지며, 혼합길이를 줄이고, 마이크로펌프에 적용할 수 있는 압력 손실을 가짐을 증명함으로써, 미소통합분석장치(Micro Total Analysis Systems)의 전체 크기를 줄이고 성능을 향상 시킬 수 있는 잠재성을 가진다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 03059
형태사항 viii, 78 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Appendix : A, Chaos. - B, Process runsheet. - C, Mesh details on numerical estimation with fluent 5.5™
저자명의 한글표기 : 장성환
지도교수의 영문표기 : Young-Ho Cho
지도교수의 한글표기 : 조영호
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 Reference : p. 30-32
주제 microfluid mixer
microblock
alternating whirl
lamination
static chaos
미소유체 혼합기
미소블록
교차적인 회전유동
유동박층화
정적 혼돈
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