بررسی عددی جریان دوفازی جامد-مایع در میکروکانال همگرا-واگرا با استفاده از رهیافت اویلری- اویلری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرمسار، گرمسار، ایران

2 دکتری تخصصی مهندسی هوافضا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب، تهران، ایران

چکیده

انتقال ذرات جامد توسط فاز مایع در میکروکانال‌ها مهمترین مساله در سیستم‌های میکروسیالی و نانوسیالی می‌باشد. میکروکانال‌های همگرا-واگرا در ساخت تجهیزاتی چون میکروشیرها، میکروسنسورها و میکروفیلترها بکار می‌روند. در این تحقیق شبیه‌سازی عددی سه بعدی بر مبنای رهیافت اویلری-اویلری بر روی جریان دو فازی مایع-جامد در یک میکروکانال همگرا-واگرا با ارتفاع 200 میکرومتر انجام شده است. اندازه ذرات مورد استفاده 20میکرومتر با چگالی 05/1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می‌دهد بیشترین تجمع ذرات در نواحی نزدیک به دیواره‌ها قبل و بعد از نازل اتفاق افتاده است. در قسمت همگرای نازل با توجه به افزایش سرعت جریان، مقدار تراکم ذرات حتی نزدیک به دیواره‌ها نیز کاهش یافته است. همچنین، با افزایش عدد رینولدز میزان تجمع ذرات در محل ورودی گلوگاه افزایش و به حداکثر مقدار خود می‌رسد. در مقایسه با پژوهش‌های دیگران، در این تحقیق اثر همگرا-واگرا بودن کانال بر روی ته‌نشینی توده ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از کانال همگرا-واگرا می‌تواند از پدیده مخرب ته‌نشینی کانال جلوگیری کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Ashwood A., Hogen S.V., Rodarte M.A., Kopplin C.R., Rodríguez D.J., Hurlburt, E.T., Shedd T.A., A Multiphase, Micro-Scale PIV Measurement Technique for Liquid Film Velocity Measurements in Annular Two-Phase Flow. International Journal of Multiphase Flow, Vol. 68, pp. 27-39, 2015.
  • Crowe C.T., Multiphase flow handbook. CRC press, 2014.
  • Santiago J.G., Wereley S.T., Meinhart C.D., Beebe D.J., and Adrian R.J., A Particle Image Velocimetry System for Microfluidics. Experiments in fluids, Vol. 25, No. 4, pp. 316-319, 1998.
  • Zabow G., Assi F., Jenks R., and Prentiss M., Guided Microfluidics by Electromagnetic Capillary Focusing. Applied physics letters, Vol. 80, No. 8, pp. 1483-1485, 2002.
  • Brenner H. and Bungay P.M., Rigid-Particle and Liquid-Droplet Models of Red Cell Motion in Capillary Tubes. Federation Proceedings, 30, pp. 1565-1576, 1971.
  • Wickramasinghe S.R., Lin W.C., and Dandy D.S., Separation of Different Sized Particles By Inertial Migration. Biotechnology. Vol. 23, pp. 1417-1422, 2001.
  • Pan Y. and Banerjee S., Numerical investigation of the effects of large particles on wall-turbulence. Physics of Fluids, Vol. 9, No. 12, pp.3786-3807, 1997.
  • Fu X., Wang G., and Dong, Z. Theoretical analysis and numerical computation of dilute solid/liquid two-phase pipe flow. Science in China Series E: Technological Sciences, Vol. 44, No. 3, pp. 298-308, 2001.
  • Staben M.E., and Davis R.H., Particle Transport in Poiseuille Flow in Narrow Channels. J. Multiph. Flow, Vol. 31, pp. 529-547, 2005.
  • Derksen, J.J., Dense Suspensions Solid-Liquid Interactions at the Particle Scale", Progress In Computational Fluid Dynamics, Vol 12, 103-105, 2012
  • Wang L., Guo L., Shi B.C., and Zheng C.G., Evaluation of Three Lattice Boltzmann Models for Particulate Flows. Commun. Comput. Phys., Vol. 13, pp. 1151-1172, 2013.
  • Nikoubashman A., Likos C.N., and Kahl G., Computer Simulations of Colloidal Particles Under Flow in Microfluidic Channels. Soft Matter, vol. 9, pp. 2543–2770, 2013.
  • Razaghi Reza and Saidi Mohammad Hassan, Transportation and settling distribution of microparticles in Low-Reynolds-number poiseuille flow in microchannel. Journal of Dispersion Science and Technology, Vol. 37, No. 4, pp. 582-594, 2016.
  • Razaghi Reza, and Saidi Mohammad Hassan, Experimental investigation of drag and lift forces on microparticles in low Reynolds number poiseuille flow in microchannel. Journal of Dispersion Science and Technology, 37, No. 12, pp. 1767-1777, 2016.
  • Razaghi Reza, Shirinzadeh Farhud, Zabetian Mohammad, and Aghanoorian Erfan. Velocity domain and volume fraction distribution of heavy microparticles in low Reynolds number flow in microchannel. Journal of Dispersion Science and Technology, 38, No. 3, pp. 374-380, 2017.
  • Shirinzadeh F., Saidi M.H., and Davari A., Experimental Investigation of Slip Velocity and Settling Distribution of Micro-Particles in Converging-Diverging Microchannel. Micro system Technology, Vol. 23, p. 336, 2017.
  • Razaghi R. and Shirinzadeh F., Numerical Investigation of Effective Parameters on Solid-Liquid Two Phase Flow in Converging-Diverging Microchannel, Using Eulerian-Lagrangian Approach. Journal of Mechanical Engineering, Tabriz University, 51, No. 4, pp. 135-144, 2020.
  • Tao R., Jin Y., Gao X. and Li Z., 2018. Flow characterization in converging-diverging microchannels. Physics of Fluids, Vol. 30, No. 11, p.112004, 2018.
  • Zhou T., Ji X., Shi L., Zhang X., Deng Y. and Joo S.W., Dielectrophoretic choking phenomenon in a converging‐diverging microchannel for Janus particles. Electrophoresis, Vol. 40, No. 6 , pp.993-999, 2019.
  • Sharaf O.Z., Al-Khateeb A.N., Kyritsis D.C. and Abu-Nada E., Numerical investigation of nanofluid particle migration and convective heat transfer in microchannels using an Eulerian–Lagrangian approach. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 878, pp.62-97, 2019.
  • Tao R., Ng T., Su Y. and Li Z., A microfluidic rectifier for Newtonian fluids using asymmetric converging–diverging microchannels. Physics of Fluids, Vol. 32, No. 5, p.052010, 2020.
  • Hadi Najafabadi, H. and Keshavarz Moraveji, M., Three-dimensional CFD modeling of fluid flow and heat transfer characteristics of Al2O3/water nanofluid in microchannel heat sink with Eulerian-Eulerian approach. Iranian Journal of Chemical Engineering (IJChE), Vol. 13, No. 4, pp.46-61, 2016.
  • Jamshidi, R., Angeli, P. and Mazzei, L., On the closure problem of the effective stress in the Eulerian-Eulerian and mixture modeling approaches for the simulation of liquid-particle suspensions. Physics of Fluids, Vol. 31, No., 1, p.013302, 2019.
  • Kulkarni P.M. and Morris J.F., Suspension properties at finite Reynolds number from simulated shear flow. Physics of Fluids, Vol, 20, No. 4, p. 040602, 2008.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار