يك روش جديد براي كاهش زمان شكست قطرات در ميكروكانال T-شكل متقارن

A Novel Method for Decreasing Breakup Time of Droplet in Symmetric T-junction Microchannel

حركت قطرات در ميكروكانال­ها در زمينه­هاي علمي و صنعتي متنوعي مانند مهندسي بيولوژيك، آزمايشگاه روي تراشه، انتقال دارو و كپسول­ سازي مشاهده مي­ شود. در پژوهش حاضر، فرآيند شكست قطره در ميكروكانال T-شكل بوسيله نرم­افزار متن باز جريس شبيه­ سازي مي­شود. به ­منظور اعتبارسنجي نتايج عددي حاضر، نتايج با تحقيقات آزمايشگاهي و عددي محققان پيشين ارزيابي مي­ شوند. مقايسه بين نتايج نشان مي­دهد كه شبيه­سازي حاضر تطابق خوبي با مطالعات گذشته دارند. اثر حضور يك مانع نيم ­دايره ­اي در اعداد كاپيلاري مختلف (019/ 006/0) و نسبت طول اوليه بي­بعد قطره متفاوت (4 و 3 ،2L*=) روي الگوي جريان و زمان شكست قطره مادر در ميكروكانال T-شكل مورد بررسي قرار مي­گيرد. نتايج نشان مي­دهد، با يك اصلاح ساده روي هندسه ميكروكانال T-شكل متقارن، شكست قطره مادر در مقايسه هندسه T-شكل متقارن معمولي سريع تر اتفاق مي ­افتد. براي نمونه، درعدد كاپيلاري 01/0 براي نسبت بي­بعد طول اوليه 3،2 و4 با حضور مانع به ترتيب زمان شكست قطره مادر تقريباً75%، 45% و 32% كاهش مي­ يابد. همچنين، با افزايش عدد كاپيلاري در هر نسبت بي­بعد طول اوليه قطره، زمان شكست قطره كاهش مي يابد.

Droplet motion in microchannels is observed in versatile industrial and scientific applications, such as biological engineering, drug delivery, and encapsulation. In current investigation, breakup of mother droplet in a T-junction microchannel is simulated using the Gerris open-source software. To validate current simulation, results are appraised by the published literatures. The comparison depicts that the current results are in good agreement with previous studies. The effect of the presence of a semi-circular obstacle on the flow pattern and the breakup time of mother droplet is investigated for different Capillary numbers (0.006 Ca 0.019) and the non-dimensional initial length of droplet (L*=2, 3, and 4). The results reveal that by simple modifications on the symmetry T-junction, the mother droplet splits faster in the comparison of the ordinary symmetry T-junction geometry under the same conditions. For instance, the breakup time of mother droplet at Ca=0.01 for L*=2, 3, and 4 approximately decreases 75%, 45%, and 32% in the presence of obstacle, respectively. Furthermore, the breakup time of the drop decreases by increasing the Capillary number.