شبیه سازی عددی فرآیند تشکیل قطره درون میکروکانال T-شکل دوبعدی با استفاده از روش تنظیم سطح

Abstract

در این تحقیق یک شبیه سازی عددی بصورت دوبعدی با استفاده از روش تنظیم سطح دوفازی برای بررسی تاثیر نرخ جریان ورودی فاز پیوسته در فرآیند تولید میکروقطره انجام شده است. تحلیل فرآیند تشکیل میکروقطرات در یک میکروکانال T-شکل برای جریان دوفازی مایع/مایع امتزاج ناپذیر صورت گرفته است. معادلات حاکم بر میدان جریان توسط روش المان محدود گسسته سازی و حل شده‌اند. نتایج عددی بدست آمده با داده‌های تجربی موجود در ادبیات فن اعتباردهی شده است، که نشان دهنده‌ی مطابقت قابل قبولی می‌باشد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که نرخ جریان ورودی فاز پیوسته تاثیر بسزایی بر روی اندازه قطرات تولید شده دارد. مطالعات انجام شده حاکی از آن است که نمودار فشار در نقطه‌ی تلاقی دو کانال عمودی و افقی تعداد قطرات تشکیل شده و مراحل سه‌گانه‌ی تشکیل قطره را نشان می‌دهد. همچنین، بررسی‌های انجام شده بر روی توزیع فشار و گرادیان سرعت در کانال اصلی این نکته را بیان می‌دارد که اختلاف فشار جلو و پشت قطره و نیروی برشی ناشی از ویسکوزیته دو نیروی موثر در تشکیل قطره می‌باشند که در این بین تاثیر نیروی ناشی از اختلاف فشار دو سمت قطره بیشتر است. نهایتا این نتیجه حاصل شد که با افزایش مقدار دبی ورودی فاز پیوسته نیروی لازم جهت غلبه بر کشش سطحی نیز افزایش یافته و قطرات بیشتری با اندازه کوچکتر در مدت زمان کمتری تولید می‌شوند.