شبيه سازي عددي توليد قطره از يك محفظه متقارن محوري به كمك حباب جرقه اي

Numerical Simulation of Droplet Generation from an Axisymmetric Chamber by Spark Bubble

توليدكننده ­هاي ميكرو قطره به دليل كاربردهاي روز افزون، به زمينه تحقيقاتي مهمي تبديل شده است. محققان روش­هاي مختلفي را براي توليد ميكرو قطرات كنترل شده ارائه كرده ­اند. در اين مقاله توليد قطره به كمك حباب جرقه­ اي از طريق يك محفظه متقارن محوري بررسي شده است. فرايند شامل رشد و فروپاشي حباب و تشكيل قطره تا لحظه جدايش مي­ باشد. كانتورهاي فشار و بردارهاي سرعت سيال اطراف حباب با استفاده از تركيب روش المان مرزي و تفاضل محدود به دست آمده و تأثير پارامتر قدرت، عمق محفظه و زاويه كانال تغذيه بر ديناميك حباب و قطره مورد ارزيابي قرار مي­ گيرد. نتايج نشان مي ­دهد كه با افزايش پارامتر قدرت، طول قطره و حجم آن افزايش و جدايش قطره سريعتر اتفاق خواهد افتاد. با افزايش زاويه كانال تغذيه، طول قطره و حجم آن افزايش مي­ يابد. بيشترين زمان جدايش متعلق به زاويه 15- درجه است. با افزايش عمق محفظه، طول قـطره افزايش خواهد يافت. همچنين به ازاي زاويه 15- درجه، زمان جدايش قطره افزايش و حجم آن كاهش مي يابد در حالي كه براي زاويه ­هاي 0 و 15 درجه زمان جدايش قطره كاهش و حجم آن افـزايش خواهد يافت. به علاوه، با افزايش فاصله حباب از سطح آزاد، حجم قطره كاهش مي­يابد.

Due to the increasing applications, micro droplet generators have become an important research area. Researchers presented different methods to produce controlled microdroplets. In this article, spark bubble-induced droplet generation has been studied through an axisymmetric chamber. The process includes the growth and collapse of the bubble and the formation resultant droplet until the pinch-off time. Pressure contours and velocity vectors in the fluid surrounding the bubble are obtained by using a combination of boundary element and finite difference method, and the effect strength parameter, chamber depth and inclination angle of feeder canal on the behavior of bubble and droplet is assessed. The results showed that by increasing the strength parameter, the length of droplet and its volume increase and droplet pinch-off happens earlier. By increasing inclination angle of feeder canal the droplet length and its volume will increase. The maximum pinch-off time belongs to -15 degree. By increasing the chamber depth, the droplet length will increase. In addition, for -15 degree the pinch-off time increases and the droplet volume decreases, while for 0 and 15 degrees the pinch-off time will decrease and the droplet volume will increase. Besides, by increasing bubble-free surface distance the droplet size decreases.