تحلیل رفتار جریان قطره در میکروکانال با استفاده از روش حجم سیال در نرم افزار اپن فم

ابزارهای میکروسیالی در زمینه های پزشکی، صنعتی و همچنین جهت تجزیه و تحلیل شیمیایی و بیولوژیکی کاربردهای فراوانی دارند. در پژوهش حاضر، جریان دو فازی در یک میکروکانال با یک ورودی فرعی که در مجموع یک هندسه تی-شکل را تشکیل می¬دهد مورد بررسی عددی قرار گرفته است. هوا به عنوان فاز پیوسته از کانال اصلی و آب به عنوان فاز گسسته از کانال فرعی وارد اتصال شده و در تحت شرایط خاصی تشکیل قطره را می دهد. شبیه سازی عددی دوبعدی با استفاده از نرم افزار اپن فم و استفاده از روش بازسازی سطح آزاد حجم سیال (vof) انجام گردید. این هندسه توسط محققین متعددی در دهه اخیر بررسی شده بود و تعداد محدودی از رژیم های اصلی جریان قطره از جمله رژیم های فشردگی، انتقالی فشردگی-چکیدن، چکیدن، جت مانند، حبابی و موازی در آن گزارش شده بود. در تحقیق حاضر، بازه ی گسترده ای از عدد موئینگی، نسبت نرخ جریان، زاویه ی تماس و عدد رینولدز که از جمله پارامترهای مهم در جریان های دو فازی می¬باشند مورد بررسی قرار گرفت، و رژیم هایی جدیدی علاوه بر رژیم های گزارش شده، مشاهده گردید. رژیم های جدید در این تحقیق تحت عنوان رژیم های گذرای چکیدن-جت مانند، چکیدن دوقطره ای، جت مانند دوقطره ای و رژیم شبه حبابی نامیده شده¬اند که با توجه به شرایط فیزیکی پژوهش حاضر برای اولین بار در میکروکانال تی-شکل مشاهده شده اند. از جمله نوآوری¬های کلیدی دیگر در این پروژه، بررسی خطوط جریان و شناسایی موقعیت مکانی تشکیل گردابه ها در رژیم های جریان دو فاز داخل میکروکانال بود که تاکنون توسط محققین بررسی نشده و اهمیت آن جهت تحلیل نقش هر یک از نیروهای موثر بر شکست قطره قابل ملاحظه می¬باشد. در انتها برای جمع بندی پژوهش حاضر و درک بهتر از تاثیر مقادیر پارامتر های بی¬بعد جهت ایجاد رژیم های شناسایی شده و تحلیل آن ها در یک نگاه، سعی بر این بود تا برای اولین بار بتوان کلیه ی نتایج به دست آمده برای رژیم های مختلف جریان را به صورت چند نمودار که گویای وابستگی رژیم های مختلف به پارامتر های (ca, ?, q_(d )/q_(c ) ) می باشند، خلاصه نمود. با استفاده از این نمودارها می توان میزان نقش هریک از پارامترهای مهم جهت تبدیل رژیم های جریان به یکدیگر را داخل میکروکانال ها شناسایی کرد و به این نکته پی برد که تا چه اندازه ای این پارامترها می توانند هر رژیم دلخواه را به دیگری تبدیل نمایند.