بررسي تجربي و عددي توليد قطرات ريز در يك ميكروكانال معمولي و اصلاح‌شده با موانع بيضي‌شكل

On the Experimental and Numerical Droplet Generation in the Ordinary and Modified Micro channels with Oval Obstacle

مطالعه رفتار سيال در مقياس ميكرو، با نام مايكروفلوئيديك شناخته مي‌شود كه در بسياري از زمينه‌هاي علمي مورد توجه قرار گرفته است. در تحقيق حاضر، توليد قطره در يك ميكروكانال به‌صورت عددي و تجربي بررسي شده است. دو ميكروكانال به روش ليتوگرافي نرم ساخته شدند و نتايج مربوط به توليد قطره در آنها مقايسه شد. با استفاده از دو سيال غيرقابل امتزاج آب (سيال پراكنده) و روغن (سيال پيوسته) و در نسبت‌هاي مختلف جريان، فرآيند تشكيل قطره بررسي شد. تصاوير حاصل از مراحل تشكيل و عبور قطرات در ميكروكانال‌ها با استفاده از روش پردازش تصوير تحليل شد. نتايج حاصل نشان دادند كه با افزايش نسبت دبي سيال پراكنده به سيال پيوسته، ضمن افزايش سايز قطرات، فاصله تشكيل قطرات (فاصله بين قطرات توليدشده) افزايش يافته و فركانس توليد قطرات كاهش مي‌يابد. همچنين هندسه جديد پيشنهادشده منجر به توليد قطراتي ريزتر با فركانس توليد بيشتر مي‌شود. با توجه به تغييرات در دبي جريان سيالات مورد بررسي، در هندسه پايه قطر قطرات بين 117 تا 700ميكرومتر و در هندسه پيشنهادي بين 46 تا 466ميكرومتر است. در هندسه پيشنهادشده علاوه بر كاهش در اندازه قطرات توليدي فركانس توليد نيز افزايش مي‌يابد.

The study of micro-scale fluid behavior is known as microfluidics, which has received much attention in many scientific fields. In the current research, the droplet generation in the micro channel has been studied numerically and experimentally. Two micro channels were fabricated by soft lithography method and the results of generated droplets were compared. The process of droplet formation was investigated using two fluids including water (dispersed fluid phase), and oil (continuous fluid phase) at different flow ratios. The images of the droplet formation and crossing steps in the micro channels were analyzed using image processing. The results showed that by increasing the ratio of dispersed to continuous flow, the size of droplets was increased, the droplet formation distance (the distance of the produced droplets) was increased, and the frequency of droplets generation was decreased. Also, the proposed new geometry leads to the production of smaller droplets with higher production frequencies. In the basic geometry, the droplet diameter was observed to be between 117 and 700 micrometers while in the proposed geometry, the diameter of droplets is between 46 and 466 micrometers. In the proposed geometry, the size of the produced droplets decreases, and the production frequency increases.