1
هیات علمی - دانشکده مهندسی شیمی - دانشگاه علم و صنعت ایران
2
کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران
3
هیات علمی- دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
فرآیند‌های تشکیل قطرات، یکی از مهمترین مراحل در بسیاری از دستگا‌های میکروفلوئیدیکی با کاربردهای زیستی و شیمیایی هستند. از عوامل موثر بر فرآیند تشکیل قطره می‌توان به هندسه دستگاه، خواص سیال مورد استفاده، پارامترهای عملیاتی و نیروهای خارجی اشاره کرد. از آنجایی که ساخت نمونه‌های فراوان جهت بهینه‌سازی هندسه‌ی میکروکانال ملزم به صرف هزینه‌های سنگین می‌باشد، در این مطالعه به کمک شبیه‌سازی با تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی فرآیند تشکیل قطره پرداخته شده است. هدف از پژوهش حاضر شبیه‌سازی عددی میکروکانال متمرکزکننده جریان جهت مطالعه ابعاد میکروکانال و تولید قطره کوچک تحت تاثیر میدان الکتریکی است. نوآوری پژوهش حاضر بررسی پارامترهای هندسی و عملیاتی می‌باشد که در مطالعات قبلی توجه‌ای به آن‌ها نشده است. شبیه‌سازی عددی این تراشه در فضای دو بعدی انجام پذیرفت. با توجه به فیزیک حاکم بر جریان، فازهای جریان تراکم‌ناپذیر فرض شده‌اند. دو پارامتر هندسی طول ناحیه متمرکزکننده جریان و طول اوریفیس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد برای طول100میکرومتر ناحیه متمرکزکننده جریان در ولتاژ‌های بالا قطر قطره تا55 میکرومتر کاهش می‌یابد. اختلاف زمان تشکیل دو قطره متوالی نیز برای طول200میکرومتر این ناحیه در ولتاز300 ولت تا0.178 ثانیه افزایش می‌یابد. بررسی طول اوریفیس نشان داد که طول اوریفیس تاثیر چندانی بر قطر قطره نمی‌گذارد اما طول90میکرومتر اوریفیس باعث تشکیل قطره بعد از اوریفیس میگردد. همچنین نشان داده شد که وقتی فاصله‌ی الکترود‌ها از یکدیگر کم باشد به علت افزایش نیروی الکتریکی وارد شده به مرز مشترک دوسیال قطره کوچکتری تشکیل می‌شود. در واقع می‌توان با انتخاب پیکربندی مناسب برای الکترود‌ها در ولتاژ‌های پایین‌تر قطره کوچکتری تشکیل داد.
)