Two-dimensional convection–diffusion in multipolar flows with applications in microfluidics and groundwater flow
Notice bibliographique
Résumé
Advection–diffusion in two-dimensional plane flows plays a key role in numerous transport problems in physics, including groundwater flow, micro-scale sensing, heat dissipation, and, in general, microfluidics. However, transport profiles are usually only known in a purely convective approximation or for the simplest geometries, such as for quasi one-dimensional planar microchannels. This situation greatly limits the use of these models as design tools for fully 2D planar flows. We present a complete analysis of the problem of convection–diffusion in low Reynolds number 2D flows with distributions of singularities, such as those found in open-space microfluidics and in groundwater flows. Using Boussinesq transformations and solving the problem in streamline coordinates, we obtain concentration profiles in flows with complex arrangements of sources and sinks for both high and low Peclet numbers. These yield the complete analytical concentration profile at every point in applications such as microfluidic probes, groundwater heat pumps, or diffusive flows in porous media, which previously relied on material surface tracking, local lump models, or numerical analysis. Using conformal transforms, we generate families of symmetrical solutions from simple ones and provide a general methodology that can be used to analyze any arrangement of source and sinks. The solutions obtained include explicit dependence on the various parameters of the problems, such as Pe, the spacing of the apertures, and their relative injection and aspiration rates. We then show how these same models can be used to model diffusion in confined geometries, such as channel junctions and chambers, and give examples for classic microfluidic devices such as T-mixers and hydrodynamic focusing. The high Pe models can model problems with Pe as low as 1 with a maximum error committed of under 10%, and this error decreases approximately as Pe−1.5.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».