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문제 정의
- 앞에서 언급한 바와 같이 액적의 직경과 형태를 조절하기 위해서 많은 연구자들[15-29]은 유체의 유속, 점성과 디바이스의 구조 특히 유입채널의 직경 또는 두 유체가 교차는 부분을 T자 형태 또는 십자 형태의 구조에서만 연구가 진행되어 왔다. 그래서 본 연구에서는 액적 기반 미세유체 디바이스에서 유체가 유입되는 유입 채널의 구조적 변화 다시 설명하면 유입 채널의 교차각(intersection angle)이 액적 직경 변화에 어떠한 영향을 미치는가를 전산유체역학 모델링을 통하여 액적 직경과 교차각의 상관관계를 파악하였다.
- 기존의 연구에서는 액적의 직경을 조절하기 위하여 유체의 유속과 디바이스의 직경을 변화 시켰다. 그러나 본 연구에서는 유체가 유입되는 유입 채널의 각도가 액적의 직경 변화에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 모델링 하였다. 그 결과 두 유입 채널의 교차각이 0o < θ < 90o에서는 액적의 직경이 감소하였지만, 90o에서는 큰 직경의 액적이 생성되었다.
가설 설정
- 디바이스의 두께는 15 μm로 동일하다고 가정하였다.
- 01e−3 pa·s로 가정하였다. 또한 두 유체는 비압축성 유체라고 가정하였으며 디바이스의 벽은 젖은벽(wet wall)으로 설정하였다. 두 유체의 부피 유랑은 분산상 흐름 유체의 유량은 1 μl/h로 고정하였으며, 연속상 흐름 유체의 유량은 1 - 30 μl/h로 변화시켰다.
- 또한 오리피스(orifice)의 폭 (wor)은 25 μm로 분산상 흐름 채널의 폭과 동일하다고 가정하였으며 확대 관의 폭(we)은 100 μm로 가정하였다.
- 또한 증류수는 938.2 kg/m3 , 동점도(υ)는 1.01e−3 pa·s로 가정하였다.
- 모델링에 이용된 오일의 밀도(ρ)는 8.6e2 kg/m3 , 동점도(υ)는 0.12358 pa·s, 표면장력(σ)은 3.65e−3 N/m, 접촉각(contact angle, θ )은 80o로 가정하였다.
- 연속상 흐름 채널은 그림 1(b) 에서 표시된 것과 같이 위/아래에서 유입되는 채널로 오일이 흐른다고 가정하였으며 폭(wc)은 50 μm이며, 분산상 흐름 채널은 가운데 채널로 증류수가 흐른다고 가정하였으며 폭(wd)은 25 μm로 가정하였다.
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