بررسي عددي اختلاط دو سيال با لزجت متفاوت در يك ميكرو كانال در نسبت هاي منظري مختلف پره به روش شبكه بولتزمن

Numerical Simulation of Mixing Two Fluids of Different Viscosities in a Micromixer at Different Aspect Ratios of Stirrer by LBM

در مطالعه حاضر اختلاط دو سيال با لزجت هاي مختلف در يك ميكرو كانال مجهز به پره نوساني به روش شبكه بولتزمن با زمان آسايش چندگانه شبيه سازي شده و اثرات نسبت منظري پره (AR) بر بازده اختلاط بررسي شده است. شبيه سازي در عدد رينولدز 50، عدد اشميت 10 انجام شده است. نتايج نشان مي دهد در دامنه نوسان (K) كم، در اعداد استروهال (St) پايين، افزايش AR باعث بهبود بازده اختلاط ولي در ساير اعداد استروهال، ابتدا باعث كاهش و سپس افزايش بازده شده است. در K متوسط، افزايش AR در St كم و مياني، باعث كاهش بازده و در St بالاتر، ابتدا باعث كاهش و سپس افزايش بازده شده است. در K بالا، در St كم و زياد، افزايش AR موجب بهبود در بازده نمي شود و در St مياني، بازده ابتدا كاهش و سپس افزايش مي يابد. در محدوده مطالعه حاضر در نسبت لگاريتمي لزجت 2 مي توان مقدار بهينه را در حالت (R) =2 is at AR=0.7, St=1, K=0.5در نظر گرفت. در بررسي بازده اختلاط در نسبت هاي مختلف لگاريتمي لزجت (R)، نتايج نشان مي دهد كه در دو سيال با لزجت متفاوت، در اعداد استروهال خيلي كوچك، با افزايش R، بازده افزايش و در بقيه اعداد استروهال، بازده كاهش چشمگيري مي يابد. به طوركلي در دو سيال با لزجت متفاوت، بازده اختلاط در ميكرو كانال با پره در نسبت هاي منظري كوچك بهتر است

In the present study, mixing of two fluids of different viscosities in a micromixer with oscillating stirrer was simulated by MRT-LBM and the effect of aspect ratio (AR) of stirrer on mixing efficiency was analyzed. The simulation was performed at Re=50, Sc=10. The results showed, at low values of amplitude (K), at low values of Strouhal number (St), increase of AR causes increase in mixing efficiency and at others, it decreases and then increases. At intermediate values of K, at low and intermediate St, mixing efficiency decreases with the increase of AR and at high values of St, it first decreases and then increases. At high values of K, at low and high St, increasing AR causes no improvement in mixing efficiency and at intermediate values of St, mixing efficiency decreases and then increases. In this research, the best mixing efficiency for viscosity logarithmic ratio (R) =2 is at AR=0.7, St=1, K=0.5.Also results revealed that for two fluids of different viscosities, at very low values of St, mixing efficiency increases with the increase of R and at others decreases considerably. In general, for two fluids of different viscosities, stirrer with low values of AR has better mixing efficiency.