علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

تحلیل عددی تشکیل و یکنواختی میکروقطرات جانوس در یک میکروکانال Yشکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارق‌التحصیل دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مکانیک
2 فارغ‌التحصیل دانشگاه علم و صنعت ایران ، دانشکده مهندسی مکانیک
3 دانشیار دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک استاد مدعو دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مکانیک
چکیده
در این پژوهش، تشکیل و تولید میکروقطرات جانوس در یک میکروکانال Y شکل به‌صورت عددی و با استفاده از روش حجم سیال (VOF) در نرم‌افزار انسیس فلوئنت مورد بررسی قرار گرفت. روغن سیلیکون و محلول پلی‌کاپرولاکتون ۵٪ به‌عنوان دو فاز پراکنده و محلول پلی‌وینیل‌الکل ۲٪ به‌عنوان فاز پیوسته در نظر گرفته شدند. اثر پارامترهای هیدرودینامیکی شامل نسبت دبی‌ها و عدد کاپیلاری بر مکانیزم تشکیل قطره، رژیم جریان، پایداری فرایند و یکنواختی اندازه قطرات تحلیل شد. مدل عددی با استفاده از داده‌های معتبر گزارش‌شده در منابع پیشین اعتبارسنجی شد و نتایج، تطابق مناسبی را در پیش‌بینی اندازه قطرات، الگوی تشکیل و رفتار جریان نشان داد. شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که در میان سناریوهای مختلف دبی، یک حالت بهینه با تشکیل قطره پایدار، چرخه تولید تکرارپذیر، تعادل ابعادی مناسب بین دو نیمه قطره و کمینه بودن شاخص‌های پراکندگی (CV و PDI) حاصل می‌شود. همچنین، افزایش عدد کاپیلاری موجب تغییر رژیم جریان و کاهش یکنواختی و کیفیت کلی قطرات تولیدشده گردید.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Analysis of Formation and Uniformity of Janus Microdroplets in a Y-Shaped Microchannel

نویسندگان English

Danial Shokooh Sarnavazi 1
Ali Kazemian 2
Sasan Asiaei 3
1 Graduated from the Iran University of Science and Technology, Faculty of Mechanics
2 Graduated from Iran University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering
3 Associate Professor, Iran University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering Visiting Professor, Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

In this study, the formation and generation of Janus microdroplets in a Y-shaped microchannel were numerically investigated using the Volume of Fluid (VOF) method in ANSYS Fluent. Silicone oil and a 5% polycaprolactone solution were considered as the two dispersed phases, while a 2% polyvinyl alcohol solution was used as the continuous phase. The effects of hydrodynamic parameters, including flow-rate ratio and capillary number, on the droplet formation mechanism, flow regime, process stability, and droplet size uniformity were analyzed. The numerical model was validated using reliable data reported in previous studies, and the results showed good agreement in predicting droplet size, formation pattern, and flow behavior. The simulations demonstrated that, among the different flow-rate scenarios, one optimal condition led to stable droplet formation, a repeatable production cycle, an appropriate dimensional balance between the two halves of the droplet, and minimum dispersion indices (CV and PDI). In addition, increasing the capillary number caused a change in the flow regime and reduced the uniformity and overall quality of the generated droplets.

کلیدواژه‌ها English

Janus Microdroplet
Stability in Microfluidic
Volume of Fluid Method
Y-Shaped Microchannel
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.