During the past two decades, thermal microfluidic chips have significantly been investigated. Due to their high capacity of heat transport, an increasing number of studies on different aspects of thermal microfluidic chips have been conducted. However, a comprehensive investigation on the geometry of microfluidic chips using state of the art finite element software is absent from the literature. In this thesis, geometric parameters of thermal microfluidic chips have been optimized, using finite element software. Consequently, micro and macro phenomena were investigated in different models. The micro modelling approach investigated single microchannels and optimized the microchannel cross-section. Furthermore, two-phase flows in the microchannel were modelled, using finite element software ANSYS CFX. Liquid accumulation in the sharp corners of the microchannel was captured in the model and the phase change phenomenon was observed. The results of the finite element analysis were compared to the literature and a good correlation was observed. The configuration of microchannels in a microfluidic chip was studied through the macro modelling approach. Dimensionless design charts were presented in this section to be employed for all kinds of thermal microfluidic chips with different boundary conditions. Based on the validity of the finite element software, two-phase flows in the optimized three-dimensional network of microchannels were modelled. The results showed the circulation of the two phases in the microchannels and demonstrated the proper operation of the thermal microfluidic chip. / Au cours des deux dernières décades, les puces thermiques micro-fluidiques ont été considérablement examinées. Du fait de leur haute capacité pour le transport de chaleur, de nombreuses études ont été réalisées sur différents aspects de leurs propriétés. Cependant, une étude de la géométrie des puces micro-fluidiques utilisant un logiciel d'analyse par éléments finis est absente de la littérature. Dans cette thèse, des paramètres géométriques des puces thermiques micro-fluidiques ont été optimisés en utilisant un logiciel d'analyse par éléments finis. Ainsi, les phénomènes micro et macro ont été étudiés dans différents modèles. L'approche micro a consisté à étudier les micro-canaux seuls, et à optimiser la géométrie de leur section transverse. De plus, deux phases d'écoulement ont été modélisées en utilisant le logiciel d'élément fini ANSYS CFX. L'accumulation de liquide dans les coins saillants a été saisie par le modèle et le phénomène de changement de phase a pu être également observé. Les résultats de l'analyse par élément finis ont été comparés à ceux trouvés dans la littérature, et une bonne corrélation a été observée. La configuration des micro-canaux dans la puce micro-fluidique a été étudiée par l'approche macro. Des graphes adimensionnels ont été présentés dans cette section afin d'être employés pour toutes sortes de puces ayant différentes conditions aux frontières. En se basant sur la validité du modèle micro, élaboré par élément finis, l'écoulement des deux phases dans un réseau tridimensionnel de micro-canaux avec une géométrie optimisée a été modélisé. Les résultats montrent une circulation des deux phases dans les micro-canaux et démontrent le bon fonctionnement des puces thermiques micro fluidiques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.18408 |
| Date | January 2007 |
| Creators | Rahmat, Meysam |
| Contributors | Pascal Hubert (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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