مدل‌سازي فشار مويينگي ميكروسيالات در ميكروساختارها با نرم افزار Surface Evolver

Modeling Micro-fluidic Capillary Pressure in Micro-structures by Surface Evolver Software

شكل، هندسه و زاويه تماس ميكروساختارها نقش مهمي در تعيين عملكرد مويينگيشان دارند. در پژوهش حاضر، فشار مويينگي سيال در ميكروساختارهاي كروي و ميكروستون هاي با مقطع دايروي و مربعي به صورت عددي بررسي مي‌شود. به منظور تخمين فشار مويينگي به عنوان انرژي سطح مشترك در واحد حجم، شكل سطح سيال در ميكروساختارها با استفاده از الگوريتم كمينه‌سازي انرژي سطحي با كدنويسي در نرم افزار تعيين مي شود. به منظور صحت سنجي، فشار مويينگي ميكروكره ها با سايرنتايج موجود مقايسه مي‌شود. در ادامه، فشار مويينگي برحسب مشخصات هندسي بدون بعد و زاويه تماس بين مايع و جامد در ميكروستون ها ارايه مي‌شود. بر اساس نتايج، ميكروكره ها روي سطح به عنوان موثرترين ساختار هندسي براي مويينگي مي باشند. همچنين، فشار مويينگي حاصل از ميكروستون هاي مربعي در نسبت جامد و فاصله مشخص، بيش از ميكروستون هاي دايروي است. نتايج تعيين فشار مويينگي ميكروسيالات در ميكروساختارها مي تواند در حوزه-هاي مختلف علوم كشاورزي، نساجي و پليمر، نفت و انتقال حرارت مورداستفاده قرار گيرد.

The topology, geometry, and contact angle of micro-structures play crucial roles in determining their capillarity performance. In this work, the capillary pressure of a liquid in micro-structure topologies, viz., sphere, circular, and square pillars is investigated numerically. In order to estimate the capillary pressure as the change in interfacial energy per unit volume, the shape of liquid interface in the micro-structures is determined using a surface-energy minimization algorithm by coding in a software. Capillary pressures of micro-spheres in different contact angles are verified in comparison with the other results. Capillary pressures were presented versus non-dimensional geometrical parameters characterizing the micro-structures and the contact angle between the liquid and solid. Based on these performance parameters, packed spheres on a surface are identified to be the most efficient micro-structure geometry for capillarity. Also square pillars are shown to have a higher capillary pressure compared with hexagonal arrays of circular pillars with the same solid fraction and pitch. The results for the micro-fluidic capillary pressure in micro-structures can be used in different sciences such as agriculture, textile and polymer, petroleum, and heat transfer.