شبیه سازی اختلاط نانوسیالات در میکرومیکسرهای غیر فعال تزریقی به روش دو فازی

امروزه استفاده از نانو سیالات جهت افزایش انتقال حرارت و کاربردهای پزشکی به سرعت توسعه یافته است. نانوسیالات می توانند مخلوط ذرات بسیار ریز فلزی یا اکسید فلزی (1 الی 100 نانو متر) با هدایت گرمایی بالا باشند که با یک سیال پایه مانند آب، اتیلن گلیکول یا ... مخلوط شده و باعث افزایش چشمگیر انتقال حرارت نسبت به مایع خالص می گردند. همچنین نانو سیالات می توانند نوع خاصی از داروها باشند که در ابعاد ذکر شده، با به خون تزریق می شوند تا به عضو آسیب دیده یا یک غده سرطانی اثر کنند. در کاربردی هایی مانند آزمایشگاه های تراشه ای (lab-on-a-chip)امکان دارد یک نانوسیال با یک سیال خالص یا چند نانوسیال با هم مخلوط شوند تا اندازه گیری خاصی بر روی آنها انجام شده و یا برای یک واکنش شیمیایی آماده سازی شوند. بنابراین مطالعه اختلاط در ابعاد میکرو به دلیل کاربردهای گسترده آن در بیوشیمی، توزیع دارو در بدن، فعال سازی سلولی، واکنش آنزیمها و . . . علاقه زیادی را در زمینه های صنعتی و دانشگاهی به خود جلب کرده است. همانگونه که می دانیم عدد رینولدز در میکروکانال ها بسیار پایین می باشد. بنابراین در مواردی که نیاز به اختلاط سریع می باشد، چون جریان متلاطم نمی شود اختلاط دیفیوژنی نقش اصلی را دارد. بنابراین برای رسیدن به یک اختلاط مناسب نیاز به طول های بلند برای میکروکانال ها یا زمان های طولانی می باشد. درچنین مواردی استفاده از میکرومیکسرها توصیه می شود. میکرومیکسرها در حالت کلی بر دو نوعند: فعال و غیر فعال. در نوع فعال آن، یک عامل خارجی باعث اختلاط دو سیال می شود مانند اغتشاش فشاری یا میدان الکتریکی؛ در حالی که در نوع غیر فعال سیالات بدون عامل خارجی به علت هندسه خاص میکسر با هم تماس پیدا کرده و مخلوط می شوند. مدل غیر فعال به دلیل هزینه های پایینترآن نسبت به مدل فعال، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. یکی از انواع میکرومیکسرهای غیر فعال نوع تزریقی است که در آن از تزریق سیال مخلوط شونده در سیال اصلی استفاده می شود. اختلاط در این نوع میکرومیکسرها با توجه به سطح تماس زیاد دو سیال و کوچکتر بودن مسیر اختلاط بهتر انجام می پذیرد. در این پایان نامه هدف مطالعه اختلاط دو نانو سیال یا یک سیال و یک نانوسیال در میکرومیکسرهای تزریقی است. نانوسیال در این مطالعه به صورت دوفازی مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل معادلات حاکم روش حجم محدود و برنامه ای که به زبان فرترن نوشته شده، به کار برده شده است. ابتدا نتایج حاصله از این کد با کارهای مشابه انجام شده قبلی اعتبارسنجی شده سپس از یک روش عددی برای کاهش زمان محاسبات استفاده شده است و در نهایت تأثیر کمیت هایی مانند مکان و زاویه تزریق، کسر حجمی نانوسیالات، عدد رینولدز جریان اصلی وتزریقی، بفل ها و . . . بر درجه اختلاط و نحوه توزیع نانوذرات و افت فشار بی بعد مورد بررسی قرار گرفته است.