مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی فرایند امولسیون در میکروکانال‌ها با استفاده از روش شبکه بولتزمن با مدل تابع مشخصه

نویسندگان
1 دانشجو
2 پروفسور
3 استادیار دانشگاه
چکیده
امولسیون در اثر ترکیب دو سیال مخلوط نشدنی یک تکنیک نو برای تولید قطره‌های منفرد جداشونده می باشد. هدف این تحقیق استفاده از قابلیت روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان های دوفازی در میکروکانال ها جهت دستیابی به فرایند امولسیون می باشد. برای این منظور در این مقاله از مدل تابع مشخصه آقای هی برای شبیه سازی تشکیل قطره در فرایند امولسیون در میکروکانال کو-فلوئینگ که دارای هندسه ای پیچیده و با سه ورودی می باشد، استفاده شده است. این شبیه سازی به منظور بررسی مکانیزم تولید قطره تحت رژیم های جریان چکه کردن و جتی و حالت انتقال بین این دو رژیم صورت گرفته است. از مدل تابع مشخصه که مدلی جدید جهت بررسی جریان های دوفازی می باشد، برای ردیابی حرکت مرز مشترک بین دو سیال مخلوط نشدنی استفاده شده است. دقت مدل مورد نظر توسط تست های معروف نوسانات قطره مربعی و برخورد دو قطره ساکن مورد امتحان قرار گرفته است. دراین مقاله فرایند تشکیل قطره توسط اعداد بی بعد مویینگی و نسبت سرعت بین دو فاز مورد بررسی قرار گرفته است. عدد مویینگی که نسبت بین نیروی ویسکوزیته و نیروی کشش سطحی می باشد، یکی از مهم ترین اعداد بی بعد در تعیین خواص جریان سیال در میکروکانال ها می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که رژیم های مختلف چکه کردن، جت نازک و جت پهن نسبت به نتایج آزمایشگاهی متناظر دارای مطابقت خوبی است که بیانگر دقت و پایداری مدل تابع مشخصه برای شبیه سازی این نوع از جریان ها می باشد..
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Emulsion Process in Microchannels, Using Index-Function Lattice Boltzmann Method

نویسندگان English

Morteza Alizadeh 1
Mohammad Taeibi Rahni 2
Mohammad Eftekhari Yazdi 3
1 Student
2 Professor
چکیده English

Emulsion consists of drops of one liquid dispersed into another immiscible liquid, is a novel technique for producing monodisperse droplets. The aim of this research is using the Lattice Boltzmann Method (LBM) to simulate two-phase flows in micro-channels to access the emulsification process. To this approach, The Index-Function Model proposed by He, is used to simulate drop formation in emulsification process in a co-flowing micro-channel with a complex geometry and three inlets. The simulation is performed to investigate the mechanism of drop generation due to dripping and jetting modes and the mode between them. Index function model, which is a new reliable model to evaluate two-phase flows, is applied to track the motion and deformation of the interface between the two immiscible fluids. Accuracy of our results is examined by two well-known basic analytical models including Relaxation of a rectangular drop and coalescence of two static droplets. Our results indicate good agreements with analytical data. The dimensionless numbers such as Capillary and Velocity ratio were used. The Capillary number is one of the most important dimensionless numbers in determination of fluid flow characteristics in micro-channels. The simulations reproduce dripping, widening jetting and narrowing jetting simultaneously in a coflowing microchannel in agreement with the experimental ones. This indicates that index function LBM model has a good accuracy and high stability to simulate this kind of flow.

کلیدواژه‌ها English

Emulsion
Drop Formation
Microchannel
Lattice Boltzmann Method
Index-Function Model