Abstract

Burada, mikroakışkan cihazlarda kullanılan kılcal valflerin analizi için bir numerik model sunulmuştur. Kılcal valfler, özellikle kılcal kuvvetlerin baskın olduğu pasif mikroakışkan sistemlerde, akışı yönlendirmek için tercih edilirler. Bu çalışmadaki kılcal valf, dikdörtgen kesitli bir mikrokanalın, derinliği ve genişliği kanalın yüksekliği ve genişliğinden daha fazla olan bir açıklığa doğru aniden genişlemesi ile oluşmaktadır. Bu şekildeki valflerin basınç kapasitesini belirlemek için herhangi bir analitik modelin bulunmaması göz önünde bulundurularak, enerji enazlamaya dayalı bir numerik model kullanılmıştır. Modelin çözümü için ücretsiz bir yazılım olan Surface Evolver kullanılmıştır. Basınç kapasitesinin, çalışma sıvısının kanal malzemesi üzerindeki temas açısı ile ilişkisi incelenmiştir. Tüm yüzeylerde temas açısının 90o olması durumunda basınç kapasitesinin en yüksek olacağı belirlenmiştir. Buna bağlı olarak, 100 µm × 100 µm kesitli kanallar için temas açısı 90o olduğunda valfler yaklaşık 2.5kPa’ya çıkabilmektedir. Model, sonuçların literatürdeki sonuçlarla karşılaştırılması ile doğrulanmıştır.

Keywords

• Mikroakışkan, Kılcal Valf, Basınç Kapasitesi, Temas Açısı.

Modeling and Analysis of a Microfluidic Capillary Valve

Abstract

Here, a numerical model for analysis of a capillary valve for use in microfluidic devices was presented. Capillary valves are preferred especially in passive microfluidic systems, where the capillary forces dominate the liquid motion, to manipulate the flow. The capillary valve in this work, was formed by the sudden expansion of a rectangular microchannel to an opening, whose depth and width are larger than the height and the width of the channel respectively. Noting that there was no available analytical model to determine the pressure capacity of such valves, a numerical model based on energy minimization was utilized. Free software Surface Evolver was used to solve the model. Dependence of the pressure capacity on the contact angle of the working liquid on the channel material was investigated. It was found that the pressure capacity of the valves would be maximum if the contact angle on all surfaces is 90o. Accordingly, the valves could withstand approximately 2.5 kPa for 100 µm × 100 µm channels when the contact angle was 90o. The model was verified by comparing the results with those available in the literature

Keywords

• Microfluidic, Capillary Valve, Pressure Capacity, Contact Angle