بررسي تجربي ميكرواختلاط در يك نمونه ميكروكانال

كارشناسي ارشد

اساس بررسي طرح هاي مختلف ميكروكانال ها در اين مطالعه، شبيه سازي عددي مي باشد. به طوريكه ابتدا با شبيه سازي هاي صورت گرفته (نرم افزار فلوئنت نسخه 19.1) طرح هاي مختلفي از ميكروكانال ها با هندسه هاي مختلف ارزيابي شد و بهترين هندسه ها براي انجام كار تجربي مورد آزمايش قرار گرفت. چهار طرح مطالعاتي موردي با شكل موانع مختلف براي بررسي شكل موانع و نحوه حركت سيال بر اساس حالات همگرايي- واگرايي جريان سيال، پيچش جريان، مقايسه هندسه دوبعدي و سه‌بعدي و اثر تقارن بر اختلاط در نظر گرفته شد. در طرح همگرا-واگرا ابتدا پارامترهاي هندسه با كمك روش سطح پاسخ بهينه شد. در اين طرح، حضور گردابه ها به دليل نحوه قرارگيري موانع و همچنين نحوه حركت سيال (كشيدگي محلول رنگي به سمت آب) از دلايل كيفيت اختلاط مطلوب مي‌باشند. رينولدزهاي بين 0.05 تا 93 براي اين مطالعه در نظر گرفته شد. در رينولدزهاي كمتر از 2 انتقال جرم بيشتر از طريق نفوذ مولكولي صورت مي‌گيرد. درحالي‌كه در رينولدزهاي بيشتر از2، اثر نفوذ مولكولي بر انتقال جرم بسيار كم شده و انتقال جرم بيشتر از طريق مكانيسم جابجايي صورت مي‌گيرد. رابطه بين پيچش جريان با عدد پكلت عرضي و كيفيت اختلاط در مطالعه موردي دوم موردبررسي قرار گرفت. موانع درون ميكرو كانال به‌صورت باله‌هايي تحت زواياي مختلفي (بين 22.5 تا 90 درجه نسبت به افق) قرار گرفتند. با استناد به نتايج به‌دست‌آمده، هرچه زاويه باله‌ها نسبت به جهت جريان كمتر شود، پيچش جريان نيز بيشتر مي‌شود. همچنين عدد پكلت عرضي نيز با كاهش زاويه موانع بيشتر مي‌شد كه اين امر سرعت عرضي درون ميكرو كانال را افزايش مي‌دهد. لذا با افزايش پيچش جريان، كيفيت اختلاط نهايي نيز بيشتر شد كه نشان از رابطه مستقيم پيچش جريان و كيفيت اختلاط دارد. هندسه دوبعدي و سه‌بعدي (با ارتفاع‌هاي مختلفي از موانع) در طرح موردي سوم بررسي شد. طبق نتايج به‌دست‌آمده در بيشترين و كمترين نسبت انسداد (ارتفاع مانع به ارتفاع كانال) كيفيت اختلاط به حالت دوبعدي نزديك مي‌شد. در ديگر موارد به دليل نقش مهم عمق ميكرو كانال (براي ايجاد جريان چرخشي) عملاً استفاده از طرح‌هاي دوبعدي امكان‌پذير نبود و بهترين ارتفاع مانع براي بيشتر شدن كيفيت اختلاط h=0.75H است. اثر تقارن جفت موانع استوانه اي نيز در مطالعه آخر موردبررسي قرار گرفت. هرچه موانع نامتقارن‌تر باشند درهم‌رفتگي دو سيال در يكديگر بيشتر بوده و كيفيت اختلاط بيشتر است. چهار طرح مطالعاتي ازنظر بازده اختلاط با يكديگر مقايسه شدند. ميكرو كانال‌هايي ايده آل هستند كه علاوه بر كيفيت اختلاط بالا بتوانند افت فشار پايين‌تري ايجاد كنند. بر اساس نتايج حاصله طرح موردي سوم نسبت به ديگر طرح‌ها از بازدهي بالاتري در تمام رينولدزهاي در نظر گرفته‌شده برخوردار بود.

193260

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرآيند

دكتر سلمان موحدي راد