رفتار اختلاط در جریان های همرفت آشوبناک و کاربرد آن در میکرو مخلوط کننده ها

در پایان نامه حاضر، رفتار اختلاط جریان آشوبناک درون یک مجرای پیچدار به سه روش مختلف (تحلیل ساختارجریان ثانویه، توان لیاپونوف و بردار گردابه) مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، جریان آرام درون مجرای پیچدار با دو سطح مقطع مربع و مستطیل تحت جریان های ورودی پایا، سینوسی و پالسی(ترکیبی از جریان پایا و سینوسی) در نرم افزار فلوئنت در نظر گرفته شده است. مجرای پیچدار شامل سه خم می باشد که هر خم آن یک مجرای خمیده 90 است و زاویه بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز 90 می-باشد. برای نشان دادن رفتار آشوبناک جریان مجرای پیچدار، تغییرات ساختار جریان ثانویه و توان لیاپونوف در جریان بررسی شده اند. بر اساس دو معیار مزبور، پدیدار شدن ساختارهای هتروکلینیک و هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه و یا مثبت بودن مقدار توان لیاپونوف حکایت از وجود آشوب در جریان دارند. آشوب بیشتر در جریان بیان کننده بهبود اختلاط می باشد. در مطالعه ساختارهای جریان ثانویه جهت ارزیابی اختلاط، کشیدگی یا بزرگتر شدن سیکل های بیضوی، تغییرات بیشتر الگو ها در یک سیکل و ظاهر شدن ساختارهای هتروکلینیک یا هموکلینیک نشان دهنده بهبود اختلاط می باشد، اما از این معیار مقدار عددی اختلاط فراهم نمی شود. بنابراین، دو روش دیگر، توان لیاپونوف و بردار گردابه، جهت محاسبه مقدار عددی اختلاط بررسی شده است. در معیار بررسی توان لیاپونوف که نشان دهنده کشیدگی و خمیدگی در جریان است، مقدار مثبت و بالاتر پارامتر مذکور بیان کننده افزایش اختلاط در جریان می باشد. در روش بردار گردابه که مشخص کننده بلعیدگی و کشیدگی در جریان است، افزایش هم زمان سه مولفه بردار بیان کننده بهبود اختلاط در جریان می-باشد.نتایج بدست آمده از هر سه روش یکسان بودند و نشان دادند که در جریان ورودی پایا با افزایش عدد رینولدز، ساختارهای هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه پدیدار و بزرگتر می شوند که نشان دهنده وجود آشوب و نتیجتاً بهبود اختلاط در جریان می باشد. همچنین، مشخص شد که اختلاط بدست آمده در جریان سینوسی کمتر از جریان پایا می باشد. اما با ترکیب جریان های سینوسی و پایا، اختلاط بهبود می یابد. در جریان پالسی اختلاط با نسبت مولفه سرعت (?) افزایش می یابد و جریان هایی با عدد ومرسلی کمتر اختلاط بهتری را فراهم می کنند. بر خلاف جریان پایا که اختلاط با عدد رینولدز افزایش می یابد، در جریان پالسی اختلاط با عدد رینولدز رفتار قابل پیش بینی ندارد. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد. علاوه براین در جریان آشوبناک اختلاط یک رفتار نوسانی در طول مجرا دارد که علت آن وجود هم زمان ناحیه های آشوبناک و منظم در جریان می باشد. علاوه بر مجرای پیچدار، یک میکرومخلوط کننده آشوبناک نیز طراحی و بازه کارکرد آن با جریان های ورودی پایا و پالسی بررسی شده است. این میکرومخلوط کننده شامل یک کانال پیچدار است که قسمت های آن بصورت منحنی های c شکل به یکدیگر متصل شده اند. رفتار اختلاط جریان درون میکرومخلوط کننده بر اساس سه روش مختلف(توزیع غلظت، توان لیاپونوف و بردار گردابه) بررسی شده است و نتایج نشان دادند که جریان آشوبناک بدونافزایشافتفشارچشمگیریدرمیکرومخلوط کنندهباعثافزایشهمگن سازیمی شود و اختلاط کامل در مخلوط کننده تحت جریان پایا در 50=re بدست می آید. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در میکرومخلوط کننده با جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد و با افزایش عدد استروهال اختلاط کاهش می یابد و این روند کاهش نیز با افزایش عدد استروهال کمتر می شود.