مدل سازی CFD تشدید اختلاط در میکرومخلوط کننده ها با تحریک نانوذره‌های مغناطیسی تحت تاثیر میدان مغناطیسی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

چکیده

برانگیختگی نانوذره ­های مغناطیسی تحت میدان مغناطیسی بیرونی یکی از راه ­های افزایش اختلاط در میکرومخلوط کننده ها است که با تحریک سیال و ایجاد درهمی در آن، باعث بهبود و افزایش اختلاط در آن­ ها می­ شود. هدف از این پژوهش، بررسی اثر میدان مغناطیسی بر اختلاط جریان آب و فروسیال در سه نوع میکرومخلوط کننده می باشد. سه نوع میکرومخلوط کننده Y، T و Oriented Y در نرم افزار گمبیت طراحی شد. پس از مش بندی و تعیین شرایط مرزی آن­ها، هندسه مورد نظر در نرم افزار فلوئنت فراخوانی شده و مدل­ سازی CFD جریان سیال انجام شده است. میدان مغناطیسی خارجی با قدرت برابر G2200 (mT 22/0) در قسمت میانی هر میکرومخلوط کننده اعمال شده است. از نتیجه­ های مدل سازی CFD، می توان نتیجه گرفت که با اعمال میدان مغناطیسی روی هر میکرومخلوط کننده، فروسیال تحت تأثیر دو نیروی هیدرودینامیک و مغناطیسی قرار گرفته که منجر به ایجاد جریان­ هایعرضی در کانال اختلاط شده و بنابراین، میزان اختلاط افزایش می یابد. مقایسه بازده اختلاط در سه نوع میکرومخلوط کننده نشان می دهد که بهترین اختلاط به ترتیب در مخلوط کننده Oriented Y به دلیل زاویه برخورد دو جریان ورودی، میکرومخلوط کنندهT  و سرانجام میکرومخلوط کننده Y  صورت گرفته است. مقایسه نتیجه ­های مدل سازی با داده ­های آزمایشگاهی موجود در یک مرجع معتبر،تطابق قابل پذیرشی بین آن ­ها را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[2] Ansari M.A, Kim K.Y., Anwar K., Kim S.M., A Novel Passive Micromixer Based on Unbalanced Splits and Collisions of Fluid Streams, J Micromechanics Microengineering, 20 (5):55007 (2010).

[3] Odedra A., Geyer K., Gustafsson T., Gilmour R., Seeberger P.H., Safe, Facile Radical-Based Reduction and Hydrosilylation Reactions in a Microreactor Using Tris (trimethylsilyl) Silane, Chem. Communicat., 0 (26):3025-3027 (2008).

[6] Zhang Q., Li H., Zhu C., Fu T., Ma Y., Li H., Micro-Magnetofluidics of Ferrofluid Droplet Formation in a T-Junction, Colloid Surf A: Physicochem. Eng. Asp., 537: 572-579 (2018).

[7] Rashin M.N., Hemalatha J., Magnetic and Ultrasonic Studies on Stable Cobalt Ferrite Magnetic Nanofluid, Ultrasonics, 54 (3):834–840 (2014).

[8] Hejazian M., Nguyen N.T., Magnetofluidics for Manipulation of Convective Heat Transfer, Int. Commun. Heat Mass Transf., 81: 149–154 (2017).

[13] Wei Z.H., Lee C.P., Magnetic Fluid Micromixer with Tapered Magnets, J. Appl. Phys., 105: 07B523 (2009).

[14] Wang R.J., Lin J.Z., Experimental Research on Mixing Efficiency of Magnetic Micromixer, Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, China, 18-21 (2006).

[15] Oh D.W., Jin J.S., Choi J.H., Kim H.Y., Lee J.S., A Microfluidic Chaotic Mixer Using Ferrofluid, J Micromechanics Microengineering, 17: 2077–2083 (2007).

[16] Tsai T.H.,.Liou D.S., Kuo L.S., Chen P.H., Rapid Mixing between Ferro-Nanofluid and Water in a Semi-Active Y-Type Micromixer, Sen. Act. A, 153:267–273 (2009).

[17] Wen C.Y., Yeh C.P., Tsai C.H., Fu L.M., Rapid Magnetic Microfluidic Mixer Utilizing AC Electromagnetic Field, Electrophoresis, 30: 4179-4186 (2009).

[18] Lee S.H., Noort D.V., Lee J.Y., Zhang B.T., Park T.H., Effective Mixing in a Microfluidic Chip Using Magnetic Particles, Lab. Chip., 479: 479-482 (2009).

[19] Kitenbergs G., Erglis K., Perzynski R., Cebers A., Magnetic Particle Mixing with Magnetic Mcro-Convection for Microfluidics, J. Magn. Magn. Mater., 380: 227-230 (2015).

[20] Nouria D., Hesari A.Z., Passandideh-Fard M., Rapid Mixing in Micromixers Using Magnetic Field, Sens. Act. A, 255: 79-86 (2017).

[21] Wang Y., Zhe J., Chung B.T.F., Dutta P., A Rapid Magnetic Particle Driven Micromixer, Microfluid  Nanofluid, 4: 375–389 (2008).

[23] Zhu G.P.,.Nguyen N.T., Magnetofluidic Spreading in Microchannels, Microfluid Nanofluid, 13: 655-663 (2012).

[24] Fluent 6.3., User’s manual to FLUENT 6.3., Centrera Resource Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, (2006) USA: Fluent Inc.

[25] Lindner J.,.Menzel K., Nirschl H., Simulation of Magnetic Suspensions for HGMS Using CFD, FEM and DEM Modeling, Comput. Chem. Eng., 35: 111–121 (2013).

[26] Seo H.S., Lee J.C., Hwang I.J., Kim Y.J., Flow Characteristics of Ferrofluid in a Microchannel with Patterned Blocks, Mater. Research Bull, 58: 10–14 (2014).