23628

بررسي انتقال حل شونده خنثي توسط جريان الكترواسمز در ميكروكانال متخلخل

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي/ فرايندهاي جداسازي

97-99

1399/12/18

سيد نظام الدين اشرفي زاده، آرمان صادقي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

تجزيه‌‌و‌تحليل پديده‍‌هاي انتقال جرم در محيط‌هاي ريزساختار مانند ژل‌ها، بيوفيلم‌ها، محيط‌هاي متخلخل و ... از اهميت بالايي برخوردار است. از سوي ديگر در كاربردهاي مدرن، طراحي ماژول‌هاي فرآيندهاي جداسازي مانند فيلتراسيون، تبادل يون و ... به حالتي دست يافته‌اند كه انتقال جرم در ميكرو/ نانو كانال‌ها اتفاق مي‌افتد. جريان الكترواسمزي به طور گسترده اي براي كنترل جريان مايع و فرآيندهاي انتقال در دستگاه‌هاي با مقياس ميكرو استفاده مي‌شود. در اين پژوهش انتقال حل شونده خنثي تحت تأثير جريان الكترواسمز از ميان ميكروكانال باردار با ديواره متخلخل جهت اثربخشي بر كاهش گرفتگي ديواره ميكروكانال براي يافتن شرايط مناسب عملياتي با استفاده از روش عددي المان محدود توسط نرم‌افزار كامسول بررسي ‌شده است. اثر پارامترهاي مختلف ازجمله فاكتور پس‌زني، ضريب نفوذ حل شونده خنثي، غلظت حل شونده خنثي، ولتاژ ورودي، سرعت تراوش سيال از ديواره متخلخل و دانسيته بار سطحي ديواره ميكروكانال بر روي غلظت حل شونده خنثي و عدد شروود مورد ارزيابي قرار گرفت. پارامترهاي مورد بررسي زماني بر كاهش گرفتگي ديواره‌هاي ميكروكانال اثربخش هستند كه غلظت حل شونده خنثي در نزديكي ديواره ميكروكانال را كاهش و عدد شروود را افزايش دهند. مشاهده شد كه با كاهش فاكتور پس‌زني از 9/0 تا 5/0 و نسبت غلظت حل شونده خنثي به غلظت توده سيال (η_c) از 1 تا 5/0، غلظت حل شونده خنثي در نزديكي ديواره ميكروكانال به ترتيب حدود 42% و %34 كاهش مي‌يابد. با كاهش فاكتور پس‌زني از 9/0 تا 5/0 و ضريب نفوذ حل شونده خنثي از 〖"10" 〗^"9-" تا m^2⁄s 〖"10" 〗^"11-" ، عدد شروود به ترتيب حدود %80 و %45 افزايش مي‌يابد. با افزايش بزرگي دانسيته بار سطحي ديواره ميكروكانال از "001/0" تا C⁄m^2 "005/0" و سرعت تراوش سيال از ديواره متخلخل ميكروكانال از 〖"10" 〗^"6-" تا m⁄s 〖"10" 〗^"4-" ، عدد شروود به ترتيب حدود %120 و %28 افزايش مي‌يابد.

1400/02/19

Investigation on the Neutral Solute Transfer by Electroosmotic Flow in Porous Microchannels

3/9/2022 12:00:00 AM

Analysis of mass transfer phenomena in microstructured environments such as gels, biofilms, porous environments, etc. is of great importance. On the other hand, in modern applications, the design of separation process modules such as filtration, ion exchange, etc. has reached a state where the mass transfer occurs in micro/nano-channels. Electroosmotic flow are widely used to control fluid flow and transfer processes in micro-scale devices. In this study, the neutral solute transfer under the influence of electroosmotic flow through a charged microchannel with a porous wall has been investigated for its effectiveness in reducing the fouling of the microchannel wall to find suitable operating conditions by finite element numerical method utilizing COMSOL software to find suitable operating conditions for control the microchannel wall fouling. The effect of various parameters such as the rejection factor, solute diffusion coefficient, solute concentration, input voltage, permeation velocity through the porous wall and surface charge density on the concentration of the solute and Sherwood number has been investigated. The studied parameters are effective in reducing the fouling of the microchannel walls when they decrease the concentration of neutral solute near the microchannel wall and increase the Sherwood number. It was observed that with reducing the rejection factor from 0.9 to 0.5 and the ratio of neutral solute concentration to fluid concentration (𝜂𝑐) from 1 to 0.5, the neutral solute concentration near the microchannel wall decreases by about 42% and 34%, respectively. By increasing the rejection factor from 0.9 to 0.5 and the neutral solute diffusion coefficient from 10−9 to 10−11 m2s⁄, the Sherwood number increases by about 80% and 45%, respectively. By increasing the surface charge density of the microchannel wall from 0.001 to 0.005 Cm2⁄ and the permeation velocity from the porous microchannel wall from 10−6 to 10−4 ms⁄, the Sherwood number increases by about 120% and 28%, respectively.

جريان الكترواسمز , انتقال جرم , ميكروكانال ديواره متخلخل , حل شونده خنثي , عدد شروود , تراوش پذيري , گرفتگي

Electroosmotic Flow , Mass Transfer , Porous-wall Microchannel , Neutral Solute , Permeability , Sherwood Number , Fouling