مطالعه عددی تشکیل قطرات مرکب در یک سیستم میکرو سیال مویین شیشه ای سه فازی

قطرات مرکب حاصل از قطره آب در روغن در آب امولسیون های دوگانه­ای هستند که کاربردهای متعددی از جمله در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی دارند. بررسی مولفه های موثر در تولید این قطرات نقش مهمی در تولید کنترل شده آن ها دارد. در این مطالعه عددی تولید قطرات مرکب در دستگاه مویین شیشه­ای میکروسیال تقارن محوری سه فازی بررسی شده است. ساختار این سیستم از ترکیب دو جریان هم جهت (co-flow) و یک جریان متمرکزشونده (flow-focusing) تشکیل شده است. در این مطالعه از روش حجم سیال (volume of fluid) برای حل معادلات حاکم در فاز های مختلف استفاده شده است. ۵ مولفه بی­بعد انتخاب شده تا تاثیر هر مولفه  با ثابت ماندن سایر مولفه ها بر قطر قطره مرکب، فرکانس تولید قطره مرکب و طول جدایش (breakup length) قطره مرکب بررسی شود. این مطالعه به طور موفقیت آمیزی تشکیل قطرات مرکب در رژیم قطره­ای را پیش بینی کرده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است که با افزایش نسبت قطر نازل داخلی به قطر لوله خارجی، قطر هسته افزایش و ضخامت پوسته کاهش می­یابد. با کاهش زاویه نوک نازل داخلی، رژیم قطره به رژیم جت شونده تغییر می­کند. با افزایش زاویه تماس فاز میانی نسبت به فاز خارجی در دیواره لوله خارجی از ۹۰ به ۱۲۰ درجه، فرکانس تولید قطرات ۲۲ درصد افزایش یافت. از نتایج این مطالعه می توان برای کاربردهایی مانند کشت سلولی سه بعدی بهره برد.

کلیدواژه ها:

Compound droplet ، double emulsion ، droplet microfluidics ، capillary tube ، numerical solution. ، قطره مرکب ، امولسیون دوگانه ، میکروسیال قطره ای ، لوله موئین ، حل عددی