23286

بررسي عددي تشكيل جريان دو فاز گاز-مايع بر روي ديسك هاي ميكروفلوئيديك

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

1397-1399

1399/11/20

دكتر مهدي نويدبخش

مكانيك

پيشرفت‌هاي اخير در زمينه ديسك‌هاي ميكروفلوئيدي حاكي از پتانسيل صنعتي شدن آن به‌عنوان ابزاري استاندارد براي تشخيص بيماري‌ها است. ديسك‌هاي ميكروفلوئيدي اين امكان را فراهم كرده‌اند كه در كوتاه‌ترين زمان نتايج آزمايش‌ها مشخص شوند. همچنين امكان انجام همزمان چند تست روي يك پلتفرم از ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد اين ابزارها است. در اين پژوهش به معرفي ديسك‌ها و انواع جريان در ميكروكانال پرداخته‌شده است. حركت مايع در ميكرو كانال‌ در حال چرخش متأثر از نيروهاي گريز از مركز، كوريوليس ، مويينگي و اويلر است. قدرت هر نيرو براي غلبه بر ساير نيرو ها عامل تشكيل صورت هاي مختلف جريان است. انواع مختلف رژيم هاي جريان چند فاز براي بهبود عملكرد سيالاتي و حرارتي سيستم ميكروفلوئيديك استفاده مي شوند. اخيرا تمايل به جريان هاي چند فازي در ميكروكانال ها با توجه به كاربرد فراوان آن ها در پزشكي، دارويي و... بسيار بالا رفته است. جريان منقطع به طور گسترده براي سنتز مواد، تجزيه و تحليل تك سلول استفاده شده اند. همچنين ايجاد جريان منقطع مي تواند به بهبود اختلاط كمك كند. اخيراً، رويكردي كم هزينه براي توليد جريان لايه اي و تيلور با استفاده از نيروي گريز از مركز استفاده شده است. در اين مطالعه، شبيه سازي عددي با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent براي مشخص كردن رژيم سيال در سيستم چند فاز و بررسي اثر سرعت دوراني ديسك بر تشكيل جريان انجام شده است. علاوه بر اين، هيدروديناميك جريان شامل افت فشار و گردابه ها بررسي شده است. نتيجه تحقيقات نشان داده است كه جريان منقطع در بازه سرعتي350 تا 800 دور بر دقيقه و جريان لايه اي در سرعت هاي بيشتر از 800 دور بر دقيقه ايجاد شده است. در اين بازه سرعت دوراني، عدد رينولدز فاز مايع از 4/57 تا 620 تغيير كرده است. علاوه بر اين نتايج شبيه سازي ضخامت در محدوده 300 ميكرومتري جريان لايه اي را براي سرعت دوراني 800 دور بر دقيقه منطبق بر نتايج تجربي موجود به درستي نشان داده است.

1399/12/02

Numerical investigation of gas-liquid two-phase flow formation on microfluidic disks

2/9/2022 12:00:00 AM

Recent advances in microfluidic discs indicate its potential for industrialization as a standard tool for disease diagnosis. Microfluidic disks make it possible to determine test results in the shortest possible time. Also, the ability to perform multiple tests on one platform at the same time is a unique feature of these tools. In this research, disks and types of flows in microchannels have been introduced. The motion of the fluid in the spinning microchannel is affected by centrifugal forces, Coriolis, capillaries, and Euler. The power of each force to overcome other forces is the cause of the formation of different forms of flow. Different types of multiphase flow regimes are used to improve the fluid and thermal performance of the microfluidic system. Recently, the tendency of multiphase flows in microchannels has increased due to their wide application in medicine, pharmaceuticals, etc. Slug flows are widely used for material synthesis, single-cell analysis. Slug flow can also help improve mixing. Recently, a low-cost approach has been used to generate stratified and taylor flows using centrifugal force. In this study, numerical simulations were performed using ANSYS Fluent software to determine the fluid regimes in a multi-phase system and to investigate the effect of rotational speed of the disk on mechanism of flow formation. In addition, the hydrodynamics of the flow including pressure drop and vortices have been investigated. Researches have shown that slug flow occurs at speeds of 350 to 800 rpm and stratified flow occurs at speeds greater than 800 rpm. During this rotational speed range, the liquid phase Reynolds number changes from 57.4 to 620. In addition, the simulation results correctly show an approximate constant thickness of 325 μm of stratified flow in 800 RPM.

ديسك ميكروفلوئيديك، نيروي سانتريفيوژ، جريان منقطع، جريان لايه اي، رژيم جريان

: Microfluidic Disc, Centrifugal Force, Slug Flow, Stratified Flow, Mixing