شبیه‌سازی عددی اختلاط سیالات ویسکوالاستیک در یک میکرومیکسر T-Y شکل

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• فاطمه خلیلیان ¹
• مرتضی بیاره ²

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

² گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

10.22067/jacsm.2024.87529.1248

چکیده

پژوهش حاضر، دینامیک جریان اختلاط دو سیال ویسکوالاستیک یک میکرومیکسر T-Y شکل جدید را تحلیل می‌کند. محلول آبی با 10% پلی‌اتیلن گلایکول با وزن ملکولی 8000 و 1/0% پلی‌اتیلن اکساید با وزن ملکولی 2000000 که یک سیال بوگر است به‌عنوان سیال ویسکوالاستیک انتخاب می‌شود. با استفاده از نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیکس، اختلاط دو سیال ویسکوالاستیک به صورت عددی و با استفاده از معادله ساختاری اولدروید-بی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. تأثیر سرعت ورودی یکسان، نسبت سرعت‌های ورودی و عدد وایزنبرگ بر بازده اختلاط ارزیابی و میزان افت فشار محاسبه و ارائه خواهد شد. نتایج نشان دادند اثر الاستیک در جریان سیال ویسکوالاستیک عامل اصلی افزایش اختلاط است. در فاصله 2800 میکرومتری از ابتدای کانال اصلی، شاخص اختلاط از حدود 46% برای سرعت ورودی 002/0 متر بر ثانیه به حدود 38% برای سرعت ورودی 006/0 متر بر ثانیه می‌رسد. با افزایش عدد وایزنبرگ، شاخص اختلاط در مقاطع مختلف میکروکانال افزایش یافت زیرا در اعداد وایزنبرگ بزرگتر، ناپایداری سیال ویسکوالاستیک بیشتر می‌شود. همچنین، نشان داده می‌شود که با کاهش نسبت سرعت، شاخص اختلاط کاهش می‌یابد. افت فشار نیز با افزایش سرعت، عدد وایزنبرگ و نسبت سرعت افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

• میکروفلوئیدیک
• میکرومیکسر T-Y شکل
• سیال ویسکوالاستیک
• عدد وایزنبرگ
• شاخص اختلاط

موضوعات

• سیال با ذرات میکرو و نانو

---

عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of viscoelastic fluid mixing in a T-Y shaped micromixer

نویسندگان [English]

• Fatemeh Khalilian ¹
• Morteza Bayareh ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran

چکیده [English]

The current study analyzes the dynamics of the mixing flow of two viscoelastic fluids in a novel T-Y micromixer. An aqueous solution with 10% polyethylene glycol with a molecular weight of 8000 and 0.1% polyethylene oxide with a molecular weight of 2000000, which is a Boger fluid, is selected as a viscoelastic fluid. Using the COMSOL Multiphysics software, the mixing of two viscoelastic fluids will be investigated numerically using the Oldroyd-B constitutive equation. The effect of the inlet velocity, ratio of inlet velocities, and Weissenberg number on mixing efficiency and pressure drop will be presented. The results show that the elastic effect in viscoelastic fluid flow is the main factor in increasing mixing index. At a distance of 2800 μm from the beginning of the main channel, the mixing index reaches from about 46% for the inlet velocity of 0.002 m/s to about 38% for the inlet velocity of 0.006 m/s. With the increase of the Weissenberg number, the mixing index is increased in different cross-sections of the microchannel, because the instability of the viscoelastic fluid is enhanced at higher Weissenberg numbers. Also, it is demonstrated that the mixing index is reduced by decreasing the velocity ratio. Pressure drop is augmented with velocity, Weissenberg number, and velocity ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

• Microfluidics
• T-Y micromixer
• Viscoelastic fluid
• Weissenberg number
• Mixing index