مطالعه عددي فرايند توليد قطره در دستگاه‌هاي ميكروفلوييديك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

ميكروسيال‌شناسي، به عنوان يكي از شاخه‌هاي نو‌ظهور علم و مهندسي، به مطالعه رفتار سيالات در ابعاد ميكرو و نانو مي‌پردازد. توليد قطره به فرايندي اطلاق مي‌شود كه در آن سيال مايع به قطرات كوچك و يكنواخت در بطن مايعي ديگر تقسيم مي‌شود. در اين فرايند، با تنظيم پارامترهايي مانند سرعت (يا دبي) جريان، خواص سيالات و هندسه كانال‌ها، مي‌توان قطراتي با اندازه و تركيب دلخواه توليد كرد. در فرايند توليد قطرات ميكروسيالي، دو فاز غيرقابل اختلاط، به نام‌ فاز پيوسته و فاز پراكنده ، نقش اصلي را ايفا مي‌كنند. هندسه‌ي جريان متمركز، از جمله هندسه‌هاي متداول فرايند توليد قطره است. لزجت فاز پيوسته، كشش بين سطحي دو فاز، قطر قسمت باريك ميكروكانال، زاويه انبساط ميكروكانال، سرعت فاز پيوسته و پراكنده، پارامترهاي مستقلي بودند كه با مطالعه و مرور پژوهش‌هاي پيشين، جهت بررسي اندازه و فركانس قطرات توليدشده انتخاب شدند. در اين پژوهش مطالعه منسجم و يكپارچه‌اي براي بررسي تاثير هر يك از پارامترهاي يادشده و همچنين مقايسه و طبقه‌بندي اين تاثيرگذاري انجام‌شد. با استفاده از طراحي مركزي مركب به روش سطح پاسخ، آزمايش‌هاي 77 گانه‌اي با در نظرگرفتن بازه‌ مناسب براي هر يك از پارامترهاي يادشده، طراحي‌شد. سپس اين آزمايش‌ها در نرم‌افزار كامسول با تعيين معادلات حاكم با توجه به فيزيك مساله و پس از اعتبارسنجي از مدل اوليه، انجام و اندازه و فركانس توليد قطرات در ميكروكانال براي هر آزمايش، گزارش‌شد. دقت نتايج نيز به كمك ابزار نرم‌افزار ديزاين – اكسپرت تاييدشد. نتايج نشان داد كه قطر قسمت باريك ميكروكانال، نسبت سرعت فاز پيوسته به پراكنده، سرعت فاز پراكنده، كشش بين سطحي دو فاز، لزجت فاز پيوسته و زاويه انبساط ميكروكانال بر اندازه قطرات و همچنين سرعت فاز پراكنده، قطر قسمت باريك ميكروكانال، نسبت سرعت فاز پيوسته به پراكنده، كشش بين سطحي دو فاز، لزجت فاز پيوسته و زاويه انبساط ميكرو كانال بر فركانس توليد قطرات، به ترتيب بيشترين تاثير را دارند. در نهايت نشان داده‌شد كه براي هندسه‌هاي بررسي‌شده مي‌توان بازه قابل‌توجهي از قطرات با اندازه‌هاي مختلف توليد نمود.

232255

طراحي فرآيند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان