Modeling and Analysis of a Microfluidic Capillary Valve

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.