شبیه سازی عددی تشکیل قطره در میکروکانال ها با استفاده از روش شبکه بولتزمن
چکیده
از مهم¬ترین پدیده¬های دوفازی درمیکروکانال ها، تشکیل قطره بر مبنای فرایند امولسیون می باشد. امولسیون پدیده ای است که دو سیال مخلوط نشونده در میکروکانال با یک دیگر برهم کنش نشان داده و در نهایت قطرات فاز جدا شونده به صورت معلق در فاز پیوسته تشکیل می شوند. در بخش نخست تشکیل قطره در میکروکانال متقاطع به طور عددی و با استفاده از روش شبکه بولتزمن و مدل دوفازی تابع مشخصه مورد شبیه سازی قرار گرفت. کد کامپیوتری مدل دوفازی تابع مشخصه نوشته شده و از مدل های مختلف تک¬فازی و دوفازی برای اعتبار سنجی آن بهره گرفته شده است. هم چنین مراحل زمانی شبیه سازی تشکیل حباب در میکروکانال متقاطع نسبت به حالت آزمایشگاهی متناظر مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج اعتبار سنجی و مقایسه نشان می دهند که مدل ما برای شبیه سازی بسیار توانمند می باشد. در ادامه نتایج شبیه¬سازی عددی تشکیل قطره در میکروکانال متقاطع به دست آورده شد و با استفاده از اعداد بی بعد مورد تحلیل قرار گرفت. در این مطالعه از اعداد بی¬بعد مویینگی، وبر، رینولدز و نسبت سرعت بین فاز¬ها استفاده شده است که عدد بی¬بعد مویینگی مهم¬ترین پارامتر برای معرفی جریان در این گونه کانال ها می باشد. نتایج نشان می¬دهند که رفتار جریان در گستره وسیعی تحت تأثیر عدد مویینگی می باشد. البته سرعت های ورودی بالا به قطرات کوچک تری ختم می شود که نشان دهنده این است که در این حالت علاوه بر عدد مویینگی، عدد وبر نیز در نحوه رفتار جریان تاثیرگذار می¬باشد. در بخش دوم هندسه دیگری از میکروکانال مورد بررسی قرار گرفت. این¬بار تشکیل قطره در میکروکانالی شامل سه زیرکانال با استفاده از اعداد بدون بعد مویینگی و نسبت سرعت بین فاز ها مورد بررسی قرار گرفت. در پایان با ایجاد مانع در این نوع میکروکانال، قطرات کوچک¬تر و با کیفیت بالاتری نسبت به حالت بدون مانع حاصل شد. رهیافت های این بررسی برای طراحی میکروکانال ها در راستای بهینه سازی فرایند امولسیون بسیار مفید می باشد