Μετρήσεις ταχυτήτων χρονικά μεταβαλλόμενης ροής σε μικροκανάλι

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία διεξήχθησαν μετρήσεις ταχυτήτων χρονικά μεταβαλλόμενης ροής νερού σε μικροκανάλι τραπεζοειδούς διατομής βάθους 130 μm με τη μέθοδο micro P.I.V. Για το λόγο αυτό, η λειτουργία αντλίας τύπου σύριγγας, εμπορικού τύπου, ελέγχθηκε με τη βοήθεια μικροελεγκτή ώστε η παροχή της αντί σταθερή να είναι χρονικά μεταβαλλόμενη. Έγιναν μετρήσεις για παροχή περιόδου 16 sec μεταβαλλόμενης ημιτονοειδώς μεταξύ 20 και 40 μl/min. Εν φάσει μετρήσεις ελήφθησαν σε διάφορα βάθη για 16 φάσεις της περιόδου, στέλνοντας ένα σήμα σκανδαλισμού στο σύστημα micro PIV από τον μικροελεγκτή κάθε 1 sec. Λόγω του μικρού αριθμού Womersley (<1), δεν υπήρχε διαφορά φάσης στην ταχύτητα του ρευστού μεταξύ της περιοχής κοντά στον τοίχο και το κέντρο του καναλιού. Ο λόγος της μέγιστης προς την μέση ταχύτητα ήταν περίπου 1.7 ενώ ο μέγιστος λόγος του πλάτους της ταχύτητας προς τη μέση ήταν 32%.

n the context of the present Diploma thesis, the velocity field in a 130 micron deep microchannel of a trapezoidal cross section was measured, employing a micro-PIV system for a time dependent flow rate. For this purpose, a commercial syringe type pump, supplying de-ionized water to the channel with a constant flow rate, was externally controlled by a microcontroller so that the flow rate varies sinusoidally in time with a non zero mean. Phase averaged velocity profiles were taken at various depths sending a trigger signal from the microcontroller to the PIV system with a frequency of 1 Hz. Measurements were done for a flow rate varying between 20 to 40 μl/min for a period of 16 sec. Due to the small Womersley number (<1), there was no phase difference of the fluid velocity between the region close to the wall and that at the center plane of the microchannel. The ratio of the maximum to the average mean velocity was approximately 1.7 and the maximum ratio of the velocity amplitude to the mean was 32%.