نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مهندسی فناوری های نوین قوچان

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مهندسی فناوری های نوین قوچان

چکیده

استفاده از میکرومیکسرها برای بهبود اختلاط جریان به علت پایین بودن عدد رینولدز، امری ضروری است. در این مطالعه به بررسی و شبیه سازی جریان و آمیختگی دو سیال تراکم‌ناپذیر در شش میکرومیکسر T_شکل ساده، میکرومیکسر با موانع مستطیلی باریک روی دیواره کانال اختلاط، میکرومیکسر با موانع متوازی الاضلاع روی دیواره کانال اختلاط، میکرومیکسر با موانع دایره‌ای در وسط کانال اختلاط، میکرومیکسر با موانع مستطیلی ضخیم روی دو طرف دیواره کانال اختلاط و میکرومیکسر مارپیچ به صورت موانع مستطیلی روی دیواره کانال اختلاط پرداخته شده است. معادلات حاکم به صورت عددی به روش حجم محدود حل شده‌اند و تغییرات درجه اختلاط بر حسب زمان در خروجی میکرومیکسر و درجه اختلاط در طول کانال خروجی بر حسب فاصله از انشعاب برای تمامی میکرومیکسرها بررسی و با هم مقایسه شده‌اند. با توجه به نتایج می‌توان دریافت که که هندسه‌های به صورت مارپیچ و با موانع در دیواره اختلاط را به طرز قابل توجهی افزایش می‌دهند و هندسه‌های با موانع در وسط کانال نه تنها باعث بهبود اختلاط نمی‌شوند، بلکه اختلاط را نیز نسبت به هندسه ساده‌تر کمتر می‌کنند. به طور کلی افزایش عدد اشمیت و به تبع آن افزایش عدد پکلت، به معنای کاهش ضریب نفوذ دو سیال در یکدیگر می‌باشد و به دلیل اینکه سازوکار اصلی اختلاط در ابعاد میکرو ضریب نفوذ می‌باشد، بنابراین این امر سبب کاهش اختلاط دو سیال می‌گردد و کاهش عدد اشمیت به معنای افزایش ضریب نفوذ بوده و سبب افزایش شدت اختلاط می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Micro-performance passive mixers with different geometries Computational Fluid Dynamics

نویسندگان [English]

  • a pourparvaneh 1
  • m mahdavian 2

چکیده [English]

The use of micro-mixer for improved mixing due to low Reynolds number flow is essential. In this study, the simulation of flow and mixing of two incompressible fluid in six micro-mixer T_ shape form, micro-mixer with narrow obstacles on the wall of the mixing channel, micro mixers with parallelogram obstacles on the wall of the mixing channel, micro mixers with circle obstacles in the middle of the mixing channel, micro mixers with a thick rectangular blocks on either side of the mixing channel and spiral micro-mixers rectangular barriers on the wall of the mixing channel were evaluated. The numerical equations were solved base of limited volume and changes of the mixing rate on time in micro-mixer output and the mixing rate in output channel on distance from the branch for all the micro-mixer were observed and evaluated. According to resume mixers with spiral forms and obstacle on the wall can improve the act of mixing significantly and mixers with obstacles in the middle of the channel not only do not improve act of mixing but also decrease the act of mixing than simple shaped ones. General increase in Schmidt,s number and in order to that, peclet,s number. Means decrease in to fluids penetration ratio in each other and at this tate this can reduce the mixing rate of two fluids in each other and in the other hand reducation of the Schmidt,s number result in increasing of the mixing index and the rise in mixing intensity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Micro-Mixer
  • Diffusion Coefficient
  • Peclet
  • s Number
  • Concentration

[1] Yarin, L. P., Mosyak A., and Gad Hetsroni, “ Fluid Flow, Heat Transfer and Boiling in Micro-Channels”, Springer Science & Business Media, 2008.

[2] Kumar, Vimal, Marius Paraschivoiu, and K. D. P. Nigam, “Single-Phase Fluid Flow and Mixing in Microchannels”, Chemical Engineering Science, Vol. 66, No.7, pp.1329-1373, 2011.

[3] Zimmerman, William BJ, ed., “Microfluidics: History, Theory and Applications”, Vol. 466, Springer Science & Business Media, 2006.

[4] Baldyga, J., and J. R. Bourne, “The Effect of Micromixing on Parallel Reactions”, Chemical Engineering Science, Vol.45, No.4, pp.907-91, 1990.

[5] Fourcade, E., et al., “The Influence of Micromixing on Molecular Weight Distribution During Controlled Polypropylene Degradation in a Static Mixer Reactor”, Chemical Engineering Science, Vol.56, No.23, pp.6589-6603, 2001.

[6] Liu, Ying Zheng, Byoung Jae Kim, and Hyung Jin Sung, “Two-Fluid Mixing in a Microchannel”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol.25, No.6, pp.986-995, 2004.

[7] Liu, Minye, “Computational Study of Convective–Diffusive Mixing in a Microchannel Mixer”, Chemical Engineering Science, Vol.66, No.10, pp.2211-2223, 2011.

[8] Lee, C. Y. Chang, C. L. Wang, Y. N. Fu, L. M., “Microfluidic Mixing :A Review, International Journal of Molecular Sciences”, Vol.12, No.5, pp.3263-3287, 2011.

[9] Nguyen, N. T., Wu Z., “Micromixers-a Review, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.15, No.2, pp.1-16, 2005.

[10] Veenstra, T. T., et al., “Characterization Method for a New Diffusion Mixer Applicable in Micro Flow Injection Analysis Systems”, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.9, Vol.2, 1999.

[11] Gobby, D., P. Angeli, and Asterios Gavriilidis. “Mixing Characteristics of T-type Microfluidic Mixers”, Journal of Micromechanics and microengineering, Vol.11, No.2, 2001.

[12] Beebe, David J., et al, “Passive Mixing in Microchannels: Fabrication and Flow Experiments”, Mécanique & industries, Vol.2, No.4, 343-348, 2001.

[13] Bertsch, Arnaud, et al., “Static Micromixers based on Large-Scale Industrial Mixer Geometry”, Lab on a Chip, Vol.1, No.1, pp.56-60, 2001.

[14] Wong, Seck Hoe, Michael CL Ward, and Christopher W. Wharton. “Micro T-mixer as a Rapid Mixing Micromixer”, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.100, No.3, pp. 359-379, 2004.

[15] Bothe, Dieter, Carsten Stemich, and Hans-Joachim Warnecke, “Fluid Mixing in a T-shaped Micro-Mixer”, Chemical Engineering Science Vol.61, No.9, pp.2950-2958, 2006.

[16] Virk, Muhammad S., Arne E. Hold, and S. Kaennakham, “Numerical Analysis of Fluid Mixing in T-shape Micro Mixer”, COMSOL users conference, Grenoble. 2007.

[17] Aoki, Nobuaki, Takashi Fukuda, Norihide Maeda, and Kazuhiro Mae, “Design of Confluence and Bend Geometry for Rapid Mixing in Microchannels”, Chemical Engineering Journal Vol.227, pp.198-202, 2013.

[18] Orsi, Gianni, Mina Roudgar, Elisabetta Brunazzi, Chiara Galletti, and Roberto Mauri., “Water–Ethanol Mixing in T-shaped Microdevices”, Chemical Engineering Science, Vol.95, pp.174-183, 2013.

[19] Calado, Bernardo, Aires dos Santos, and Viriato Semiao, “Characterization of the Mixing Regimes of Newtonian Fluid Flows in Asymmetrical T-Shaped Micromixers”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol.72, pp.218–227, 2016.

[20] Chorin, Alexandre Joel, “A Numerical Method for Solving Incompressible Viscous Flow Problems”, Journal of Computational Physics, Vol.135, No.2, pp.118-125, 1997.

[21] Kays, William Morrow, Michael E., “Crawford, and Bernhard Weigand.Convective Heat and Mass Transfer”, Tata McGraw-Hill Education, 2012.

[22] Ozisik, M. Necati., “Heat Transfer: a Basic Approach, 1985.

[23] Chung, Chen-Kuei, C-Y. Wu, and T. R. Shih., “Effect of Baffle Height and Reynolds Number on Fluid Mixing”, Microsystem Technologies, Vol.14, No.9, 1317-1323, 2008.

AR-SA'>Yi-Hsiang, Yu. Ye, Li., Epler, J. and Previsic. M., “Experimental Investigation of the Power Generation Performance of Floating-Point Absorber Wave Energy Systems”, 27th International Workshop on Water Waves and Floating Bodies Copenhagen, Denmark, 2012.