بررسي عددي جريان دوفازي جامد-مايع در ميكروكانال همگرا-واگرا با استفاده از رهيافت اويلري- اويلري

Numerical Investigation of Solid-Liquid Two Phase Flow in Converging-Diverging Microchannel, Using Eulerian-Eulerian Approach

انتقال ذرات جامد توسط فاز مايع در ميكروكانال‌ها مهمترين مساله در سيستم‌هاي ميكروسيالي و نانوسيالي مي‌باشد. ميكروكانال‌هاي همگرا-واگرا در ساخت تجهيزاتي چون ميكروشيرها، ميكروسنسورها و ميكروفيلترها بكار مي‌روند. در اين تحقيق شبيه‌سازي عددي سه بعدي بر مبناي رهيافت اويلري-اويلري بر روي جريان دو فازي مايع-جامد در يك ميكروكانال همگرا-واگرا با ارتفاع 200 ميكرومتر انجام شده است. اندازه ذرات مورد استفاده 20ميكرومتر با چگالي 1/05 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد. نتايج حاصل از مدل سازي نشان مي‌دهد بيشترين تجمع ذرات در نواحي نزديك به ديواره‌ها قبل و بعد از نازل اتفاق افتاده است. در قسمت همگراي نازل با توجه به افزايش سرعت جريان، مقدار تراكم ذرات حتي نزديك به ديواره‌ها نيز كاهش يافته است. همچنين، با افزايش عدد رينولدز ميزان تجمع ذرات در محل ورودي گلوگاه افزايش و به حداكثر مقدار خود مي‌رسد. در مقايسه با پژوهش‌هاي ديگران، در اين تحقيق اثر همگرا-واگرا بودن كانال بر روي ته‌نشيني توده ذرات مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه استفاده از كانال همگرا-واگرا مي‌تواند از پديده مخرب ته‌نشيني كانال جلوگيري كند.

Solid particles migration in liquid phase through microchannels is considered to be the most important issue in microfluidic systems. Converging-Diverging microchannels are being used in manufacturing the microfluidics tools such as micro-switches, micro-sensors and micro-filters. In this research, 3-D numerical simulation based on Eulerian-Eulerian approach was performed on solid-liquid two-phase flow in a converging-diverging microchannel with 200 μm height. The size of particles used in this research is 20μm with density of 1.05 gr/cm3. The results showed that the most particle accumulations occurred in the regions close to the walls before and after the nozzle, but in the converging part of the nozzle, the amount of particles even near the walls decreased due to the increase in flow velocity. Furthermore, increasing the Reynolds number leaded to increase in the amount of particles accumulated at the throat and reached its maximum value. Compared with similar studies, this study investigates the effect of converging-diverging geometry of the channel on particle sedimentation. The results show that using converging-diverging channel provides the possibility to prevent the destructive phenomenon of channel blockage.