شماره ركورد
33722
پديد آورنده
سيد سپهر موسوي
عنوان
مطالعه تجربي و عددي توليد قطره با ايجاد اغتشاش و شكست جت جريان آرام به منظور توليد ميكروكپسول دارويي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/06/12
استاد راهنما
مجيد سياوشي
استاد مشاور
برهان بيگ زاده
دانشكده
مكانيك
چكيده
در اين رساله، يك دستگاه ميكروكپسولهساز مبتني بر روش كنترل شكست جت جريان آرام با اعمال اغتشاشات مصنوعي در مقياس آزمايشگاهي طراحي و ساخته شده است. تمركز اصلي پژوهش بر بخش كنترل و توليد قطرات هماندازه و تنظيم فركانس دستگاه ميكروكپسولهساز مي باشد. پژوهش در سه مرحله اصلي انجام گرفته است. در مرحله نخست، رئولوژي غيرنيوتني در سيالات رقيقشونده و تأثير آن بر الگوي شكست جت و تغيير رژيم جريان بهصورت عددي تحليل گرديد. نتايج نشان ميدهد كه افزايش شاخص رفتار غيرنيوتني به طور محسوسي هندسه ناحيه گردن و جدايي را تغيير ميدهد و اين امر باعث كاهش محسوس توليد قطرات ماهوارهاي ميشود. براي مثال، در شرايط We=6 و Oh=0.12، رئولوژي غيرنيوتني موجب كاهش حدود 8 درصدي توليد قطرات ماهوارهاي ميشود. در مرحله دوم، يك روش نوين مبتني بر دادههاي شبيهسازي عددي و تبديل فوريه گسسته براي شناسايي فركانس بهينه اغتشاش مصنوعي توسعه داده شده است. اين روش، برخلاف مدلهاي تحليلي سادهشده و آزمايشهاي پرهزينه، همزمان دقت بالا و هزينه كمتري دارد. صحت اين روش بهصورت عددي و تجربي تأييد گرديد. با استفاده از روش ارائهشده، اثر پارامترهايي همچون ضخامت نازل و زاويه تماس سيال با نازل بر فركانس بهينه بررسي گرديده است. نتايج نشان ميدهد كه كاهش ضخامت خروجي نازل در شرايط We=6 و Oh=0.219 ميتواند تا 70 درصد فركانس بهينه را افزايش دهد. در مرحله سوم، بصورت تجربي به كمك دستگاه ساخته شده پديده شكست جت و تاثير اعمال فركانس مصنوعي بر مشخصات قطرات توليدي بررسي گرديد. نتايج تجربي نشان ميدهد كه اعمال اغتشاش مصنوعي با فركانس بهينه موجب كاهش 90 درصدي انحراف معيار قطر قطرات ميشود.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/07
عنوان به انگليسي
Experimental and Numerical Study of droplet Formation through Controlled Laminar Jet Breakup for Pharmaceutical Microencapsulation
تاريخ بهره برداري
9/3/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدسپهر موسوي
چكيده به لاتين
In this dissertation, a laboratory-scale microencapsulation device was designed and fabricated based on the controlled breakup of a laminar jet by applying the artificial disturbances. The primary focus of the research is on the control of droplet formation, the production of monodisperse droplets, and the tuning of the device’s operating frequency. The study was conducted in three main stages. In the first stage, the non-Newtonian rheology of shear-thinning fluids and its influence on jet breakup patterns and flow regime transitions were numerically analyzed. The results indicate that increasing the non-Newtonian behavior index significantly alters the geometry of the necking and detachment regions, which substantially reduces the formation of satellite droplets. For example, under conditions of We = 6 and Oh = 0.12, non-Newtonian rheology reduces satellite droplet generation by approximately 8%. In the second stage, a novel method based on numerical simulation data and discrete Fourier transform (DFT) was developed to identify the optimal frequency of artificial disturbances. Unlike simplified analytical models and costly experimental trials, this method provides both higher accuracy and lower cost. The validity of this approach was confirmed numerically and experimentally. Using this method, the effects of parameters such as nozzle thickness and fluid–nozzle contact angle on the optimal frequency were investigated. Findings show that reducing the nozzle outlet thickness under We = 6 and Oh = 0.219 conditions can increase the optimal frequency by up to 70%. In the third stage, jet breakup and the influence of applying artificial disturbances at the optimal frequency on droplet characteristics were experimentally investigated using the fabricated device. Experimental results reveal that applying artificial disturbances at the optimal frequency reduces the standard deviation of droplet diameter by 90%.
كليدواژه هاي فارسي
ميكرو قطره , ميكرو كپسول , سيالات غير نيوتوني , كنترل شكست جت , ناپايداري رايلي-پلاتو.
كليدواژه هاي لاتين
Microdroplet , Microcapsule , Non-Newtonian fluids , Control of jet breakup , Rayleigh–Plateau instability
Author
Sepehr Mousavi
SuperVisor
Majid siavashi