بررسی نمودارهای جریان در ریزجریان های دو فازی اسید اولییک-آب و جریان های موازی پایدار در اعداد رینولدز پایین

ریزجریان های موازی مایع- مایع غیر قابل ترکیب در بسیاری از کاربردها سودمندند. با وجود این، رفتار جریان دوفازی ترکیب نشدنی غیرخطی، و نحوه کنترل و تثبیت سطح مشترک مایع-مایع چالش برانگیز است. در این تحقیق جریان دوفازی ترکیب نشدنی آب- اسید اولییک در ریزکانال ها مطالعه شده است. نمودارهای الگوی جریان اندازه گیری شدند. چهار الگوی جریان مختلف، یعنی، جریان تک فاز آبی، جریان قطرهای با قطرات متشکله پراکنده شده در آب، جریان موازی، و جریان تک فاز روغنی شناسایی شدند. به پدیده های گذار میان جریان موازی و دیگر الگوهای جریان توجه ویژه ای مبذول شد. جریان موازی در شرایط تعادل مطلوب میان نیروی محرک، مقاومت اصطکاکی، و کشش میان سطحی شکل گرفت. برهم کنش مایع- جامد همانند برهم کنش مایع-مایع نقش مهمی در مدیریت الگوی سطح مشترک مایع-مایع ایفا کرد. افزودن سورفکتانت ها (مواد فعال در سطح) در فاز آبی و افزایش دما هم کشش بین سطحی مایع-مایع، و هم برهم کنش مایع- جامد را تغییر داد. این امر به رفتار گذار نسبتا پیچیده ای میان جریان موازی و جریان قطره ای انجامید. بنابر مشاهدات، در بسیاری از موارد، شرایط سطحی دیواره های جامد شرایط غالب در کنترل الگوهای جریان هستند. با اعمال درجات معینی از خلاء در مقطع خروجی کانال ها، چگالی اولین لایه آب متصل به دیواره های جامد کاهش، و ضخامت آن افزایش می یافت. مقاومت جریان در هر دو فاز به میزان قابل توجهی افت کرد. بدون هرگونه تعدیل شیمیایی در سطوح جامد، ایجاد ساختارهای اضافی کانال، یا افزودن سورفکتانت ها، برای اعداد رینولدز پایین تا حدود 10⁻⁵*1 و 10ᶟ⁻*8 به ترتیب برای فازهای روغن و آب، جریان های موازی پایداری بدست آمده است. سطح مشترک مستقیمی به اندازهء چندین میلی متر میان دو جریان مایع ترکیب نشدنی با موفقیت شکل گرفت، و تا ساعت ها بطور پایدار ادامه یافت. ثابت شد که برقرارسازی جریان از طریق اعمال فشار منفی شیوه ای ساده، موثر، و قابل کنترل در ایجاد جریان های موازی مایع-مایع ترکیب نشدنی است. این روش را می توان برای حلال ها و مواد حل شونده مختلف به کار بست، و در کاربردهای گوناگون، خصوصا با اعداد رینولدز پایین قابل استفاده است.

Keywords:

جریان تک فاز , عدد رینولدز پایین , جریان قطره ای , ریزکانال , جریان دوفازی ترکیب نشدنی , جریان موازی