تشكيل و جدايش قطره غيرنيوتوني در جريان دو فازي داخل يك ميكروكانال هم‌محور

Non-Newtonian Droplet Formation in Two-phase Flows in a Co-flowing Microchannel

در اين مقاله از روش شبكه بولتزمن دو فازي براي شبيه ­سازي تشكيل و جدايش قطره از تركيب دو سيال مخلوط­ نشدني استفاده شده است. هدف اين تحقيق بررسي فرآيند تشكيل قطره سيال غيرنيوتوني در يك فاز پيوسته نيوتوني داخل يك ميكرو كانال هم­ محور مي ­باشد. در اين شبيه ­سازي، مدل غيرنيوتوني كار يا سودا براي شبيه ­سازي سيال غيرنيوتوني به ­كار گرفته شده است. اعداد بي­ بعد مهم در اين مطالعه، عدد مويينگي (نسبت بين نيروي لزجت و نيروي كشش سطحي) و نسبت سرعت ورودي دو فاز مي ­باشند. در اين تحقيق تاثير ضريب كارياسودا، عدد مويينگي و نسبت سرعت بر فرآيند تشكيل قطره، اندازه، فركانس تشكيل قطرات و طول جدايش بررسي گرديده است. صحت­‌سنجي مناسبي نيز در حالت دوفاز با ارائه يك حل تحليلي ارائه گرديده است. نتايج نشان مي­دهد كه با افزايش ضريب غيرنيوتني در مدل، زمان شروع جدايش قطره و طول جدايش اولين قطره كاهش مي­يابد. افزايش عدد موئينگي نيز منجر به كاهش طول جدايش مي­شود. با كاهش نسبت سرعت بين دو فاز، كاهش عدد موئينگي و افزايش ضريب مدل كارياسودا، اندازه قطره تشكيل شده كاهش مي­يابد. تاثير ضريب غيرنيوتني بر فاصله بين قطرات نيز بررسي شد به‌گونه‌اي كه با افزايش اين ضريب، فركانس تشكيل قطره افزايش و فاصله بين قطرات كاهش مي‌يابد.

The intermolecular potential model of the lattice Boltzmann method is used to simulate the droplet formation and breakup process of mixing of immiscible fluids. The aim of this research is to investigate non-Newtonian droplet formation in Newtonian continuous phase in a co-flowing micro-channel. The dimensionless numbers such as Capillary and velocity ratio are the most important dimensionless numbers in determination of fluid flow characteristics in the micro-channel. The influences of capillary number, non- Newtonian index and velocity ratio are studied on the droplet formation. The final droplet size, droplet generation frequency and detachment point of the droplet are completely analyzed. The results reveal that with increasing the non-Newtonian index, the required time for detachment of the droplet and the formation length is decreased. Increasing the Capillary number leads to a reduction in the detachment length. The size of droplet is also decreased due to the reducing velocity ratio and Capillary number. Moreover, the effect of non-Newtonian index on the distance between the droplets is checked.