A design rule for constant depth microfluidic networks for power-law fluids
A design rule for constant depth microfluidic networks for power-law fluids
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幂律流体恒定深度微流体网络的设计规则
DOI：
10.1007/s10404-015-1598-9
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发表时间：
2015
影响因子：
2.8
通讯作者：
Zografos K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zografos K
提出了一种仿生设计规则，用于生成幂律和牛顿流体的矩形横截面的分叉微流体通道网络。该设计基于默里定律，该定律最初是利用牛顿流体的最小功原理推导出来的，用于预测圆形横截面网络中母体血管和子体血管直径之间的最佳比率。这里扩展了这种关系，以考虑芯片实验室应用中典型的平面几何形状（即具有恒定深度的矩形横截面的几何形状）中幂律流体的流动。所提出的设计能够精确控制剪切应力分布并预测沿分叉网络的流动阻力。使用内部代码进行计算流体动力学模拟，以评估所提出设计的有效性以及各种流动条件下牛顿流体、剪切稀化和剪切增稠流体的雷诺数方面的操作限制。
A biomimetic design rule is proposed for generating bifurcating microfluidic channel networks of rectangular cross section for power-law and Newtonian fluids. The design is based on Murray’s law, which was originally derived using the principle of minimum work for Newtonian fluids to predict the optimum ratio between the diameters of the parent and daughter vessels in networks with circular cross section. The relationship is extended here to consider the flow of power-law fluids in planar geometries (i.e. geometries of rectangular cross section with constant depth) typical of lab-on-a-chip applications. The proposed design offers the ability to precisely control the shear-stress distributions and predict the flow resistance along the bifurcating network. Computational fluid dynamics simulations are performed using an in-house code to assess the validity of the proposed design and the limits of operation in terms of Reynolds number for Newtonian, shear-thinning and shear-thickening fluids under various flow conditions.
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