شکست قطرات با اندازه های غیر هم اندازه در میکروکانال Y-شکل متقارن

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، استادیار،گروه مهندسی مکانیک، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران

2 استادیار،گروه مهندسی مکانیک، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران

چکیده

سیستم‌های میکروسیالی مبتنی بر قطرات کاربردهای علمی و صنعتی متنوعی مانند مهندسی بیولوژیک، آزمایشگاه روی تراشه، انتقال دارو و کپسول‌سازی مشاهده می‌شود. در مطالعه حاضر، شکست قطرات مادر در یک میکروکانال Y-شکل متقارن تحت میدان الکتریکی به صورت عددی بررسی می‌شود. برای این رویکرد، یک مدل عددی 2 بعدی بر اساس روش تنظیم سطح توسط نرم افزار چند فیزیکی کامسول انجام می شود که براساس روش عناصر محدود است. برای صحت‌سنجی تحقیق حاضر، نتایج با مقالات قبلی ارزیابی می شود. این مقایسه نشان می دهد که شبیه سازی های فعلی با مطالعات منتشر شده بسیار مطابقت دارند. دو روش برای اعمال میدان الکتریکی در نظر گرفته شده است: میدان الکتریکی متقارن و میدان الکتریکی نامتقارن. در میدان الکتریکی متقارن مشاهده می شود که قطره مادر در مقایسه با مورد بدون میدان الکتریکی در حضور میدان الکتریکی سریعتر می‌شکند. همچنین، قطره مادر به دو قطره دختر با اندازه های مساوی تقسیم می‌شود. برای میدان الکتریکی نامتقارن، نتایج نشان می دهد که قطره مادر به دو قطره دختر با اندازه های نابرابر تقسیم می‌شود. علاوه بر این، یک الگوی جریان جدید به نام الگوی ترکیبی برای میدان الکتریکی نامتقارن قطره دیده می‌شود. به اضافه، یک عدد ککاپیلاری الکتریکی بحرانی برای هر اندازه طول بی‌بعد قطره وجود دارد که در مقدار بیشتر از آن، قطره نمی‌شکند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Droplet Breakup with Unequal sized in Symmetric Y-junction Microchannel

نویسندگان [English]

  • Iman Jafari 1
  • keivan Fallah 2
  • Javad Alinejad 2
1 Department of mechanical engineering, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran
2 Department of mechanical engineering, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran
چکیده [English]

Droplet based microfluidic systems have found versatile industrial and scientific applications, like biological engineering, lab-on-chip, drug delivery, and encapsulation. In the current study, the breakup of mother droplets in a symmetric Y-junction microchannel under an electric field is numerically investigated. To this approach, a 2D numerical model base on the level set method is performed by the COMSOL Multi-physics software. Two methods for applying the electric field are considered: a symmetric and an asymmetric electric field. In the symmetric electric field, it is observed that the mother droplet splits faster in the presence of an electric field when compared with the case without the electric field. Also, the mother droplet is divided into two daughter droplets with equal sizes. For the asymmetric electric field, the results reveal that the mother droplet splits into two daughter droplets with unequal sizes. Furthermore, a novel flow pattern called hybrid pattern is determined in the asymmetric splitting of droplets. In addition, there is a critical electric capillary number above which a non-splitting pattern.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two-phase flow
  • Symmetric Y-junction microchannel
  • Comsol software
  • Level set method