بررسي عددي اختلاط دو مولفه اي سيالات غيرنيوتوني در ميكروميكسرهاي Tشكل دوگانه و چندگانه با ورودي هاي هم راستا و ناهم راستا

Numerical Study of Mixing Two-Components Non-Newtonian Fluids in Double T-Shaped Micromixers and Multiple T-Shaped with Aligned and Non-Aligned Inputs

ميكروميكسرهاي منفعل در مقايسه با ميكروميكسرهاي فعال تكنولوژي ساخت ساده تري داشته و تنها انرژي مورد نياز آنها انرژي پمپاژ جريان است. در اين مطالعه رفتار اختلاط سيالات غيرنيوتني با استفاده از مدل غيرنيوتوني پاورلا در ميكروميكسرهاي منفعل مورد بررسي قرار گرفته است. مدل سازي در اين پژوهش با استفاده از كد تجاري ديناميك سيالات محاسباتي انسيس فلوئنت انجام شده و دو رويكرد اختلاط دومولفه اي مورد مطالعه قرارگرفته است. رويكرد اول شامل بررسي رفتار اختلاط سيالات با تغيير شاخص تواني و شاخص پايداري در پنج هندسه سه بعدي شامل دو T ميكروميكسر چندگانه با ورودي هاي هم راستا و ناهم راستا در يك صفحه و دو صفحه، T ميكروميكسر چندگانه، T ميكروميكسر دوگانه و T ميكروميكسر در سه بعد انجام شده است و رويكرد دوم بررسي رفتار اختلاط با تغيير شاخص تواني و ثابت نگه داشتن شاخص پايداري در دو هندسه چندگانه با ورودي هاي ناهم راستا در سه بعد بوده است. در هر دو بخش اين مطالعه از آب به عنوان سيال نيوتوني و از محلول كربوكسي متيل سلولز به عنوان سيال غيرنيوتوني استفاده شده و محدوده اعداد رينولدز مورد بررسي در پژوهش حاضر 1 تا 100 بوده است. در هر دو رويكرد بررسي شده نتايج شاخص اختلاط و افت فشار نسبت به اعداد رينولدز براساس معيار شاخص تواني معكوس يكديگر هستند، به اين مفهوم كه در رويكرد اول با افزايش شاخص تواني شاخص اختلاط افزايش يافته و افت فشار كاهش يافته و در رويكرد دوم اين روند معكوس است. اما روند سرعت هاي كاملا توسعه يافته بي بعد در دو رويكرد بررسي شده در مقايسه هندسه هاي با ورودي هاي ناهم راستا مشابه است.

Passive micro-mixers have simpler manufacturing in comparison with active micro-mixers and only require energy for flow pumping. In the present study, non-Newtonian fluids and non- Newtonian power-law fluid’s mixing behavior in passive micro-mixers have been studied. Simulation has been performed, using computational fluid dynamics commecrical code of Ansys fluent and two different approaches of two-component mixing have investigated. The first approach studies fluid’s mixing behavior by changing flow behavior index and flow consistency index in 5 different 3D geometries as multiple T-micromixer with aligned and nonaligned inputs in one and two plane, respectively, multiple T-micromixer, double T-micromixer, and T-micromixer, while the second approach studies mixing behavior by changing flow behavior index while flow consistency index is constant in two multiple 3D geometries with non-aligned inputs. In all studies, water was used as Newtonian fluid and carboxymethyl cellulose solution was used as non-Newtonian fluid. The studied range of Reynolds number was 1 to 100. In both approaches, the results for mixing index and pressure drop for powerlaw index according to criterion are reverse of each other; it means that in the first approach, with increasing power-law index, the mixing index increased and the pressure drop decreased and in second approach, this procedure is reversed. But, procedure of non-dimensional fully developed velocities in two approaches investigated is similar in comparison to geometries with non-aligned inputs.