مطالعه عددی برهم کنش سیال و جامد در میکروشیرهای هیدروژلی با هندسه های مختلف

هیدروژل های هوشمند حساس به دما به دلیل توانایی تغییر حجم و خواص مکانیکی در پاسخ به محرک های محیطی، گزینه ای ایده آل برای کنترل جریان در میکروسیالات محسوب می شوند. هدف این پژوهش، بررسی عددی برهم کنش سیال و سازه (FSI) در یک میکروشیر هیدروژلی با چهار هندسه متفاوت (مستطیلی، سرگرد و ذوزنقه ای) تحت بارگذاری فشار پله ای ۵۰۰ پاسکال است. مدل سازی در محیط نرم افزار المان محدود (Comsol Multiphysics) و با در نظر گرفتن خواص وابسته به دما انجام شد. رفتار ماده بر اساس پارامتر تورم (λ۰) و ضریب پواسون متغیر (ν) تعریف گردید؛ به طوری که مدول الاستیسیته موثر و ابعاد هندسی سازه تابعی معکوس و مستقیم از λ۰ در نظر گرفته شدند. تحلیل ها در بازه دمایی ۳۰۴ تا ۳۱۰ کلوین صورت گرفت که شامل محدوده گذار فاز هیدروژل می باشد. نتایج نشان داد که با افزایش دما از ۳۰۴ به ۳۰۵ کلوین، سازه دچار تغییر فاز ناگهانی شده، ضریب λ۰ از ۲.۰۹ به ۱.۱۶ کاهش می یابد که منجر به کوچک شدن ابعاد و افزایش سفتی معادل سازه می شود. این پدیده باعث تغییر چشمگیر در الگوی جریان و میزان بازشدگی شیر می گردد. همچنین مشخص شد که هندسه نوع چهارم به دلیل توزیع تنش متفاوت، پاسخ هیدرودینامیکی پایدارتری نسبت به هندسه نوع اول در مواجهه با جریان گذرا از خود نشان می دهند.

کلیدواژه ها:

برهم کنش سیال و سازه ، میکروشیر هیدروژلی ، تورم ، خواص وابسته به دما