تأثير جريان‌هاي ثانويه ايجاد شده توسط ميكروميكسرهاي منحني شكل با هندسه‌هاي مختلف روي اختلاط سيالات غيرنيوتني

The effect of secondary flows created by curved micromixers with various geometries on mixing of non-Newtonian fluids

از آنجايي كه اكثر سيالات در كاربردهاي مهندسي و بيولوژيكي غيرنيوتني هستند، مطالعه اختلاط سيالات غيرنيوتني بسيار مهم است. در ميكروميكسرهاي منحني شكل از جريان هاي ثانويه براي بهبود اختلاط سيالات استفاده مي‌شود. در اين مطالعه اختلاط سيالات غيرنيوتني در ميكروميكسرهاي منحني به صورت عددي و با استفاده از كد متن باز اپن فوم بررسي شده است. بررسي ها با فرض جريان سه بعدي، پايا و تراكم ناپذير و براي اعداد رينولدز بين 0.1 تا 300 انجام گرفت. در اين مطالعه از آب به عنوان سيال نيوتني و از محلول آبي كربوكسي متيل سلولز با غلظت‌هاي متفاوت به عنوان سيال غيرنيوتني استفاده شد. تأثير عدد رينولدز جريان، كميت‌هاي لزجت سيال قانون تواني و هندسه ميكروميكسر روي درجه اختلاط و افت فشار بي بعد مطالعه شد و نتايج با نتايج مربوط به ميكروميكسر مستقيم مقايسه شد. نتايج نشان داد كه با كاهش شاخص تواني سيال، درجه اختلاط كاهش مي يابد و بازده اختلاط براي سيالات رقيق شونده در هندسه هاي داراي پيچ هاي تيز بهتر است. همچنين با افزايش عدد رينولدز و به تبع آن افزايش سرعت، اثرات گريز از مركزي بيشتر شده و اختلاط بهبود مي يابد. بررسي همزمان درجه اختلاط و افت فشار نشان داد كه براي رينولدزهاي پائين و شاخص‌هاي تواني كوچك، ميكروميكسرب عملكرد بهتري دارد.

Since the majority of fluids in engineering and biologic applications are nonNewtonian, the study on mixing of nonNewtonian fluids is very important. Secondary flows are used in curved micromixers to improve the mixing of fluids. In this study, a numerical study was performed on the mixing of nonNewtonian fluids in curved micromixers using Open source CFD code of OpenFOAM. The flow was assumed threedimensional, steady and incompressible and Reynolds numbers were between 0.1300. Also, water and CMC solution were used for simulation of Newtonian and nonNewtonian fluid flows, respectively. The effect of Reynolds number, powerlaw viscosity parameters and micromixer geometry on mixing index and nondimensional pressure drop was studied and results were compared with those of the straight channel micromixer. The results showed that the mixing index decreased by decreasing the power law index. The mixing index was high for shear thinning flows in micromixers with sharp turns. Also, by increasing the Reynolds number, and therefore velocity, centrifugal force effects increased and mixing improved. Simultaneous investigation of mixing index and pressure drop showed that for low Reynolds numbers and small power law indexes micromixerb had better performance.