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Februar 2012
Bettina Baier
Modellierung und Validierung der elektrokinetischen Strömungs- und Transportprozesse in einem modularen Mikrokanal
In der vorliegenden Dissertationsschrift werden mit Hilfe numerischer Berechnungen die Strömungs- und Transportprozesse in einem modularen Mikrokanal untersucht. Hierbei spielt die elektrische Doppelschicht, welche sich in unmittelbarer Nähe der Kanalwand eines Mikrokanals befindet, eine entscheidende Rolle. Innerhalb dieser Schicht liegt eine inhomogene Ladungsverteilung vor. Gemeinsam mit angelegten elektrischen Feldern induziert dies elektrokinetische Kräfte im Kanal. Im Gegensatz zu vorangegangenen Untersuchungen soll die Doppelschicht nicht statisch, sondern als Funktion der Transportvorgänge im Kanal aufgefasst werden, da mit einem Einfluss dieser auf die Doppelschicht und somit auch auf die elektrokinetische Strömung zu rechnen ist. Eine Approximation durch Näherungen wie der Debye– Hückel– Approximation erfolgt daher nicht.
Zur Induzierung des elektrischen Feldes werden Elektroden in die Kanalwand eingebracht. Da diese internen Elektroden in geringeren Abständen zueinander positioniert werden können, als dies bei externen Elektroden der Fall ist, können sie bei geringer Spannung arbeiten. Dennoch ist bei einem geeigneten System mit Elektrodenreaktionen zu rechnen. Dies kann zu einer unerwünschten Gasfreisetzung im Kanal führen und ist somit ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen. Eine Validierung der Untersuchungen erfolgt anhand analytischer Lösungen einfacher Problemstellungen. Aufbauend hierauf erfolgt die Entwicklung und Untersuchung von Kanalmodulen, welche aufgrund der Positionierung und Ansteuerung der Elektroden, zum gewünschten Transport und einer Vermischung im Mikrokanal führen.
Zur Induzierung des elektrischen Feldes werden Elektroden in die Kanalwand eingebracht. Da diese internen Elektroden in geringeren Abständen zueinander positioniert werden können, als dies bei externen Elektroden der Fall ist, können sie bei geringer Spannung arbeiten. Dennoch ist bei einem geeigneten System mit Elektrodenreaktionen zu rechnen. Dies kann zu einer unerwünschten Gasfreisetzung im Kanal führen und ist somit ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen. Eine Validierung der Untersuchungen erfolgt anhand analytischer Lösungen einfacher Problemstellungen. Aufbauend hierauf erfolgt die Entwicklung und Untersuchung von Kanalmodulen, welche aufgrund der Positionierung und Ansteuerung der Elektroden, zum gewünschten Transport und einer Vermischung im Mikrokanal führen.
Schlagwörter: Mikroströmungen; Strömungssimulation
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