M ỤC LỤC
3.5.2 Ảnh hưởng của tỷ số giữa khe hở và bán kính của kênh sơ cấp
Hình 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ kích thước khe hở và bán kính kênh sơ cấp C1/R0. (a) So sánh các hình dạng hạt cho C1/R0 = 0.6 và 1.6 tại các thời điểm khác nhau (từ trên xuống dưới): τ = 2.15, 2.75, 3.73 và 4.25 với Ca = 0.005, (b) Sựthay đổi đối với C1/R0 của chỉ số biến dạng và chỉ số lệch tâm. (c) Sựthay đổi đối với C1/R0 của tổng thể tích của các hạt đơn phân tách. (d) Hình dạng hạt lưu chất trong quá trình phân tách khi đi
41 Hình 3.13 cho thấy ảnh hưởng của kích thước C1/R0 của khe hở giữa các kênh
sơ cấp và thứ cấp đối với sự biến dạng và phân tách của hạt lưu chất. C1/R0 dao
động trong khoảng 0.8 – 1.8. Các thông số khác bao gồm C2/R0 = 1.0, R1/R0 = 0.9,
α = 10o, R2/R1 = 0.5 và σ21 = 1.0. Hình 3.13a và b cho thấy rằng trong vùng hình nón của kênh sơ cấp, do không bị ảnh hưởng bởi thông sốkích thước C1/R0 nên các hạt lưu chất cho các khoảng trống khác nhau có hình dạng giống nhau. Sau khi các hạt đi qua vùng hình nón, ta nhận thấy tác dụng của C1/R0. Trong chếđộ không phân tách, ví dụ, Ca = 0.005 (Hình 3.13a và b), hạt lưu chất trong các kênh có
C1/R0 = 1.6 di chuyển nhanh hơn trong chếđộ có C1/R0 = 0.6. Điều này là do C1
lớn hơn tương ứng với tốc độ dòng chảy cao hơn được đưa qua khe hở này, dẫn
đến tăng tốc độ dòng chảy của dòng chảy bên ngoài mang hạt trong kênh thứ cấp. Tuy nhiên, việc tăng C1/R0 không ảnh hưởng nhiều đến biến dạng và độ lệch tâm của hạt lưu chất như trong Hình 3.13b. Điều này là do, trong chếđộ biến dạng này, lực căng bề mặt chiếm ưu thếhơn nhiều so với lực nhớt và lực quán tính. Một hành
vi tương tự, về chuyển động của hạt, cũng xảy ra trong trường hợp phân tách khi
tăng giá trị của Ca lên 0.16, Hình 3.13d. Tuy nhiên, hạt lưu chất với sựgia tăng độ
lệch tâm của nó sẽ trở nên biến dạng hơn khi C1/R0 tăng. Điều này phù hợp với việc tăng quán tính của chất lỏng khi C1/R0tăng.
Mặc dù sự biến dạng và chuyển động của hạt, ở chếđộ phân tách, trong kênh thứ cấp bịảnh hưởng nhiều bởi sự biến đổi của C1/R0 , kích thước của hạt tách ra bịảnh hưởng nhỏ bởi C1/R0 , trong Hình 3.13d. Do đó, thể tích V*/V hầu như không
phụ thuộc vào C1/R0, thay đổi trong khoảng 0.8 –1.8 như đồ thị trong Hình 3.13c.
Điều này được hiểu bởi vì thay đổi C1/R0 từ0.8 đến 1.8 không làm thay đổi chếđộ
phân tách của hạt lưu chất.
3.5.3Ảnh hưởng của góc hình nón
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các thông sốtrên, góc vòi phun được giữ cố định là α = 10°. Ta nhận thấy rằng, với α = 10°, các hạt nhỏ bị biến dạng và có thể
phân tách ra trong một sốtrường hợp. Bằng cách giữ cốđịnh các tham số và thay
đổi giá trị của α trong khoảng 2o - 16o, nghiên cứu đã thu được kết quả sau. Với α
= 2° - 6°, hạt không tạo ra sự phân tách trong khi α = 8° - 16° dẫn đến sự phân tách
được minh họa trong Hình 3.14. Các thông số khác cho Hình 3.14 bao gồm Ca = 0.02, Re = 1.0, R1/R0 = 0.9, C2/R0 = C1/R0 = 1.0, R21 = 0.5 và σ21 = 1.0. Điều này có thểđược hiểu là do việc tăng giá trịα làm cho tiết diện hình nón thon hơn (tức là giảm kích thước của lỗvòi và tăng cường độ vận tốc ở lối ra của vòi). Khi lỗ vòi
phun được mở rộng bằng cách giảm giá trị của α, ví dụ, xuống 2°, thể hiện trong
Hình 3.14a.
Tốc độở lối ra vòi phun giảm đáng kể. Do đó, hạt lưu chất di chuyển qua vòi phun với ít biến dạng hơn.
Tăng giá trị của α từ 2° - 6° làm tăng chỉ số biến dạng D và chỉ số lệch tâm
e. Sự gia tăng của hai chỉ sốnày được thể hiện rõ ràng hơn khi hạt đi qua vùng
hình nón, Hình 3.14c. Tương tự, sựgia tăng giá trị của α có ảnh hưởng đến tổng thể
tích của các hạt đơn con sau khi phân tách, Hình 3.14d. Tổng thể tích của các hạt
42
Để cung cấp một bức tranh tổng quát hơn về động lực học của hạt lưu chất
khi nó đi qua thiết bị vi kênh, nghiên cứu đã thay đổi giá trị của Ca trong khoảng 0.005 – 0.32, Re trong khoảng 0.0625 – 8.0, R1/R0 trong khoảng 0.2 – 0.9, R2/R1
trong khoảng 0.3 – 0.8, σ21 trong khoảng 0.125 – 8.0, góc hình nón α trong khoảng 2° –16°, C1/R0 trong khoảng 0.6 – 2.0, C2/R0 trong khoảng 0.6 – 1.8 và các thông sốkhác được giữ cốđịnh Vmax/Uave = 1.0, ρ21 = ρ31 = μ31 = μ21 = 1.0. Biểu đồ chế độ của số mao dẫn Ca so với số Reynold, tỷ lệ bán kính, tỷ số sức căng bề mặt trong-ngoài, tỷ lệ kích thước kênh, kích thước hạt tương đối, kích thước kênh thứ
cấp và khe hở giữa hai kênh được hiển thị trong Hình 3.15.
Chếđộ phân tách luôn xảy ra khi Ca = 0.02 – 0.04 của sơ đồ Ca so với Re,
Ca so với R2/R1 và Ca so với σ21 (Hình 3.15a, b, c). Bên cạnh đó, trong 3 biểu đồ
chếđộ này, Ca = 0.005 – 0.01 hầu hết cho biến dạng hữu hạn của hạt lưu chất đối với các biến thể Re, R2/R1 và σ21 (trừ Re = 8.0). Với C2/R0 = 1.2 – 1.8, hạt luôn ở
chếđộ không phân tách với mọi giá trị của Ca, Hình 14d. Biểu đồ chếđộ Ca so với R1/R0 cho thấy kích thước của hạt lưu chất không phải là điều kiện quyết định cho sự phân tách của hạt.
Hình 3.14 Ảnh hưởng của góc nón α đến sự biến dạng và phân tách của hạt lưu
chất. So sánh các hình dạng hạt (khi nhô ra) trong vùng hình nón đối với (a) α = 2° và (b) α = 16°. (c) Sựthay đổi đối với α của chỉ số biến dạng và chỉ số lệch tâm. (d) Sự
43