بررسی تجربی جریان دوفازی جامد مایع در میکروکانال مستطیلی

انتقال ذرات جامد توسط فاز مایع در میکروکانال ها، مهمترین مساله در سیستم های میکرو سیالی و نانوسیالی می باشد. سیستم های آزمایشگاهی روی تراشه LOC، جریان بایومولکولی در میکروکانال ها و جریان های متخلخل، آنالیز کروماتوگرافی و جداسازی غشاهای فازی شامل پدیده انتقال ذرات جامد توسط مایع در میکروکانال ها می باشند. میکروکانال در ساخت تجهیزاتی چون میکرو شیرها، میکروسنسورها، میکروفیلترها بکار می روند. روش مورد استفاده در این تحقیق عمدتا بر پایه روش های تجربی استوار بوده که در کنار آن به مدلسازی های تحلیلی نیز پرداخته شده است. جهت بررسی جریان تکفاز مایع از روش های تحلیلی استفاده شده است. آزمایشات تجربی بر روی جریان در یک میکروکانال با مقطع مستطیلی انجام شده است. اندازه ذرات مورد استفاده 7.93 میکرومتر با چگالی 1101 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. روش تجربی مورد استفاده روش دنبال کردن ذره مبتنی بر تکنیک تصویربرداری، مشاهده و ثبت و پردازش داده ها می باشد. نتایج حاصل از مدلسازی تجربی نشان می دهد که میدان سرعت ذرات پراکنده در سیال تحت تاثیر شرایط هیدرودینامیکی و هندسی جریان می باشد، به گونه ای که سرعت ذرات در نواحی میانی کانال تحت تاثیر نیروی درگ استوکس وارده از سرعت سیال کمتر می باشد. یکی از نوآوری ها و گام های ابتکاری این پژوهش مشاهده پدیده ته نشینی و تاثیر پارامترهای هیدوردینامیکی و هندسی موثر بر آن و طراحی آزمایشات تجربی لازم به منظور نیل به این هدف است. نتایج مشاهدات تجربی نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز جریان، تعداد ذرات ته نشین شده به طور قابل مشاهده ای کاهش می یابد. گام های ابتکاری در مدلسازی تجربی در این پژوهش تعیین نیروی درگ و لیفت وارده از طرف سیال بر روی ذرات می باشد. نتایج آزمایشات در دانشگاه شریف نشان می دهد که در نواحی میانی کانال ذرات تحت تاثیر دیواره نبوده و نیروی درگ وارد بر ذرات با نیروی درگ استوکس تقریبا برابر است. اما در نواحی نزدیک به دیواره به علت برهمکنش ذره-دیواره، نیروی درگ وارد بر ذره به طرز قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

کلیدواژه ها:

جریان حاوی ذره ، میکروکانال ، پردازش تصویر ، کوپلینگ هیدرودینامیکی