شبيه سازي عددي تشكيل قطره دريك ميكروكانال، با استفاده از روش شبكه بولتزمن

Numerical Simulation of drop Formation in a Microchannel, Using Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله، جريان دوفازي مخلوط نشدني در يك ميكروكانال دوبعدي تي-شكل معمولي و اصلاح شده بصورت عددي مطالعه شده است.براي اين منظور، از روش شبكه بولتزمن بامدل شبه-پتانسيل استفاده شده است. دقت مدل مورد نظر توسط آزمايش لاپلاس، زاويه تماس قطره و فرآيند تشكيل قطره در يك ميكروكانال تي‌شكل معمولي مورد امتحان قرار گرفته است. مقايسه بين نتايج مشخص مي‌كند كه نتايج حاضر توافق خوبي با نتايج عددي و آزمايشگاهي محققان پيشين دارد. در اين تحقيق اثر تغييرات پارامترهاي گوناگون از جمله عدد كاپيلاري، نسبت دبي، نسبت پهناي دو فاز و زاويه تماس بين قطره و سطح جامدروي پهناي قطره و فاصله مابين قطرات با جزئيات براي ميكروكانال تي‌شكل معمولي بررسي شده است. همچنين، نتايج نشان مي‌دهد كه با انجام اصلاحي ساده روي يك ميكروكانال تي‌شكل معمولي نشان داده مي‌شود كه تحت شرايط يكسان، ميكروكانال تي‌شكل اصلاح‌شده قطرات با اندازه‌هاي كوچكتر و با فاصله مابين قطرات كمتري را نسبت به ميكروكانال تي‌شكل معمولي توليد مي‌كند. از طرفي، اين تحقيق مشخص مي‌كند كه جريان‌هاي چندفازي در تجهيزات ميكروكانال حتي به تغييرات كوچك در هندسه كانال به شدت حساس مي‌باشند. همچنين، روش شبكه بولتزمن با مدل شبه‌پتانسيل در شبيه‌سازي تشكيل قطره در ميكروكانل‌ها مناسب مي‌باشد.

In this article, an immiscible two-phase flow in two dimensional ordinary and modified T-junction microchannels is numerically studied. To this approach, the Lattice Boltzmann method with Pseudo- Potential model is used. The accuracy of the present model is examined by the Laplace test, drop contact angle, and drop formation in an ordinary T-junction microchannel. The comparison shows that the present results have good agreement with previous numerical and experimental data. The effects of various parameters including Capillary number, flow rate ratio, width ratio, and drop contact angle on the width of the drop and on the distance between drops for ordinary and modified T-junction microchannels are investigated in detail. The results reveal that by simple modifications to the ordinary T-junction, smaller drops and lower distances between them are generated in the comparison of ordinary T-junction geometry under the same conditions. On the other hand, this study demonstrates that the multiphase flows in micro-devices are very sensitive to even small changes in the channel geometry. It also indicates that Lattice Boltzmann method with Pseudo-Potential model is an effective numerical technique to simulate the generation of drops in microchannels.