CFD in der Mikrofluidik und MEMS

Befüllung von Mikrobehältern

In vielen Anwendungen der Mikrofluidik (z.B. Lab on Chip) soll ein Behälter mit einer bestimmten Flüssigkeit in einem bestimmten Zeitraum befüllt werden.

Die Interaktion der Oberfläche mit der Wand kann aber zu Gaseinschlüssen (Blasen) führen. Mit Hilfe der Simulationen kann die Benetzung der Oberfläche unter Berücksichtigung der statischen und dynamischen Kontaktwinkel geprüft werden.

Elektroosmose

Mit freundlicher Genehmigung von micronit microfluidics B.V.

Elektrophorese

Elektrokinetische Phänomene werden oft zur Trennung biologischer Partikel (z.B. DNA) genutzt. Nach der Trennung werden die unterschiedlichen Bestandteile konzentriert, damit eine optimale Erkennung stattfinden kann.

Die Wechselwirkung zwischen der Strömung und Potentialfeldern fällt unter Rubrik Multi-Physik, da unterschiedliche physikalische Phänomene gleichzeitig berücksichtigt werden.

In diesem Beispiel werden 3 unterschiedlich beladene Partikel mittels Elektrophoerese in einem Mikrokanal separiert und mittels Isotachophorese konzentriert.

Multiplexer

Multiplexer sind Mikroverteiler, die sehr oft in Labs-on-Chip vorkommen. Die Befüllung der Kanäle in einer bestimmten Reihenfolge und in einer bestimmter Zeit wird durch die Anwendung von Mikroventilen gesteuert.

Tintenstrahler

Der hier dargestellte Tintenstrahler (Düsendurchmesser ca. 100 mm) basiert auf der Anwendung eines Piezoquarzes und der Erzeugung einer akustischen Resonanz, um einen Tropfen zu erzeugen.

Dieses Beispiel berücksichtigt folgende physikalischen Vorgänge:

• Bewegung des Piezoquarzes
• Akustische Wellenbewegung
• Fluidströmung unter Berücksichtigung der Meniskusform, Oberflächenspannung und des Kontaktwinkels des Düsenmaterials

Das Beispiel gehört somit zu den Anwendungen der Multi-Physics.

Die Genauigkeit dieses Modells wurde mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen belegt. Die maximalen Fehlerquoten sind in der Tabelle für diverse Größen eingetragen.