افزایش بازدهی اختلاط میکروسیالات غیرنیوتنی به کمک امواج آکوستیک صفحه ای

در این پژوهش، کارایی اختلاط سیال های غیرنیوتنی درون یک ریزکانال تحت تاثیر امواج صوتی سطحی به صورت عددی بررسی شده است. برای تحلیل اثر این امواج بر افزایش راندمان اختلاط سیالاتی با رفتار رقیق شونده و غلیظ شونده، از امواج ایستاده فراصوت استفاده شده است. با توجه به تفاوت در مقیاس های زمانی میان فیزیک صوت و فرآیند اختلاط و همچنین ماهیت غیرخطی سامانه، نظریه اختلال به کار گرفته شده است. در این روش، حرکت کلی سیال تحت تاثیر نیروی تابش صوتی حاصل از امواج ایستاده و نیروی کششی ناشی از جریان صوتی بازنگری شده و معادلات حاکم به سه مرتبه شامل جریان زمینه، میدان صوتی و جریان مرتبه دوم تقسیم شده اند. در این مطالعه، از مدل سیال توان قانونی با شاخص های مختلف استفاده شده است تا تاثیر ویژگی های رئولوژیکی سیال های رقیق شونده و غلیظ شونده بر فرآیند اختلاط بررسی شود. نتایج به دست آمده نشان می دهند که شاخص رفتار سیال و سرعت ورودی، دو عامل تعیین کننده در راندمان اختلاط هستند. اگرچه در شرایط پایه، سیالات غلیظ شونده راندمان اختلاط کمتری نسبت به سیالات رقیق شونده دارند، اما در حضور میدان صوتی، نرخ افزایش راندمان برای سیالات غلیظ شونده بسیار بیشتر است. برای نمونه، در حالتی با شاخص توان ۱٫۲، سرعت ورودی برابر با پنج هزارم متر بر ثانیه، و فرکانس تحریک نزدیک به دو مگاهرتز، راندمان اختلاط تا هفتاد و یک درصد افزایش یافته است. نتایج این تحقیق نشان می دهند که استفاده از امواج صوتی سطحی می تواند روشی موثر و کم مصرف برای بهبود اختلاط در سامانه های ریزمقیاس دارای سیال های غیرنیوتنی باشد.

Keywords:

میکروفلوئیدیک , میکراختلاط , سیال پاور لاو , امواج صوتی سطحی , تئوری اختلال