M ỤC LỤC
3.6.1Động lực học hạt lưu chất đa lớp trong vi kênh khuếch tán
Ở một bài toán khác, tác giả mở rộng ứng dụng của phương pháp trong nghiên cứu các động lực học của hạt lưu chất đa lớp trong các vi kênh có hình dạng khác nhau được trình bày một cách khái quát bên dưới.
Hình 3.16 cho thấy mô hình miền tính toán của bài toán. Trong nghiên cứu này, tác giả xem xét một hạt lưu chất đa lõiđối xứng bao gồm hai hạt bên trong
Hình 3.15 Biểu đồ chếđộ của sự biến dạng hữu hạn (ký hiệu rỗng) và sự phân tách (ký hiệu đặc) của hạt lưu chất. (a) Số mao dẫn so với số Reynold. (b) Số mao dẫn so với tỷ
số bán kính. (c) Số mao dẫn so với tỷ số sức căng bề mặt. (d) Số mao dẫn so với tỷ lệ
bán kính kênh thứ cấp và sơ cấp. (e) Số mao dẫn so với kích thước hạt tương đối. (f) Số mao dẫn so với tỷ lệ khe hở và bán kín kênh sơ cấp.
44 với miền tính toán có kích thước W × H. Phần tử khuếch tán là một phần rất quan trọng trong hệ thống máy vi bơm không van. Kênh được chia thành ba vùng: vùng vào, vùng khuếch tán và vùng ra. Ban đầu, hạt lưu chất giảđịnh là hình cầu được
đặt trong vùng lối vào có hình dạng là một kênh tròn thẳng, với bán kính Rc và chiều dài Ls. Sau khi đi qua vùng vào, hạt lưu chất di chuyển vào vùng khuếch tán. Sự chuyển đổi giữa vùng kênh tròn thẳng và vùng khuếch tán tạo thành một chỗ
thắt, gọi là phần cổ, có kích thước Rn. Chiều dài của vùng khuếch tán Ld và góc khuếch tán của nó được biểu thị bằng θ. Sau khi đi qua vùng khuếch tán, hạt lưu
chất di chuyển vào vùng giãn nởđột ngột (tức là vùng thoát). Các hạt bên trong có cùng bán kính Ri. Tại thời điểm t = 0, hạt lưu chất nằm ở (0, Ho) và hai hạt bên trong giống hệt nhau và nằm đối xứng với tâm của hạt bên ngoài.
Hình 3.16 (a) Miền tính toán cho một hạt lưu chất chuyển động trong vi kênh có bộ
khuếch tán. (b) Cấu trúc một hạt lưu chất hai nhân.
45 Hình 3.17 cho thấy sự chuyển động và biến dạng của hạt lưu chất với các thông số Ca = 0.1, Rio = 0.422, 21 = 21 = 1.0, ndropi = 2 và θ = 5o. Trong mỗi khung, phần trên hiển thị trường áp suất không thứ nguyên pn và phần dưới hiển thịtrường vận tốc không thứ nguyên. Áp suất và vận tốc lần lượt được không thứ
nguyên hóa bởi 0.5ρ1U2
ave và Uave. Ban đầu, hạt lưu chất có dạng hình cầu và bắt
đầu biến dạng khi nó di chuyển trong vùng lối vào ( = 0.4). Sự biến dạng này rõ
ràng hơn khi hạt lưu chất ở đầu vào của vùng khuếch tán. Khi đến vùng khuếch tán ( = 0.61), hạt bên ngoài xuất hiện với phần nhô ra ởđầu trước theo hướng của dòng chảy trong kênh. Điều này có thểđược giải thích là do thu hẹp kênh ở vị trí cổlàm tăng lực cản lên mép đầu của hạt. Tương tự như hạt bên ngoài, trong quá trình chuyển động, hạt bên trong cũng lần lượt thay đổi theo hướng của dòng chảy. Hạt lưu chất ngày càng trở nên bị biến dạng hơn khi nó di chuyển sâu hơn vào
vùng khuếch tán ( = 0.97). Tuy nhiên, khi hạt đến gần đầu ra của vùng khuếch tán, các hạt bên trong sẽ trở lại dạng gần như hình cầu do sức căng bề mặt và kích
thước ngày càng tăng của vùng gần đầu ra. Sau đó, hạt bên trong ổn định chuyển
động của nó gần đầu trước của hạt bên ngoài. Sau khi rời khỏi vùng khuếch tán, mép sau của hạt lưu chất sẽ rút trở lại hình dạng ít bị biến dạng hơn do lực căng bề
mặt ( = 1.47 và 1.63).
Trong bài toán này, vấn đềđược quan tâm đó là sựảnh hưởng của số mao dẫn, góc khuếch tán, số hạt bên trong, kích thước hạt và kích thước cổđến sự biến dạng và thời gian vận chuyển qua vùng khuếch tán của hạt lưu chất đa lớp.
Chỉ số biến dạng D và thời gian vận chuyển transit được định nghĩa:
max min max
( ) / (2 )
D z z r ,transitexitin .Ởđây, in là thời điểm mà mép trước của hạt bên ngoài vừa đi vào đầu vào của vùng khuếch tán và exit là thời điểm mà mép sau của hạt ngoài vừa ra khỏi đầu ra của vùng khuếch tán, Hình 3.18.
Độ biến dạng của hạt lưu chất tăng khi tăng số mao dẫn Ca từ 0.01 đến 0.1 (Hình 3.19a), hoặc giảm góc khuếch tán θ từ 10ođến 0o (Hình 3.19c) và gần như
không thay đổi khi tăng sốlượng các hạt bên trong ndropi từ0 đến 2 (Hình 3.19e). Ngược lại, độ biến dạng giảm khi tăng bán kính hạt và tăng kích thước cổ của vi kênh (Hình 3.19g, i).
Thời gian vận chuyển cho hạt lưu chất đi qua bộ khuếch tán tăng khi tăng
góc khuếch tán θ, tăng bán kính hạt và tăng kích thước cổ (Hình 3.19d, h, j). Thay
đổi số lượng hạt bên trong ndropi, hoặc Ca không ảnh hưởng nhiều đến thời gian vận chuyển của hạt (Hình 3.19b, f). Hạt bên trong phía trước mất ít thời gian hơn đểđi qua bộ khuếch tán so với hạt bên trong phía sau đối với sốlượng Ca nhỏ.
46 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.19 Ảnh hưởng của các tham sốđến sự biến dạng và thời gian vận chuyển của hạt lưu chất đa lớp trong vi kênh khuếch tán.
47