نویسنده

گروه فیزیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز

چکیده

پیرو مطالعات تجربی انجام شده، در این مطالعه، تغییر شکل یک قطره که در حال شارش در شبکه میکروشاره تخت قیفی شکل است، به ­طور عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبکه میکروسیال مورد مطالعه، از دو قسمت کانال مستقیم و کانال بازشونده تخت قیفی شکل تشکیل شده است. در این مطالعه، از روش حل متوسط­ گیری عمقی به جای حل معادله­ ی استوکس سه بعدی، استفاده شده است. با استفاده از روش عنصر مرزی، معادله‌ی دارسی برای محاسبه فشار و سرعت در کانال میکروسیال دوبعدی به­طور عددی حل شده است. شبیه­ سازی‌های‌ عددی نشان می‌دهد، هنگامی که قطره وارد ناحیه کانال واگرا می­گردد، به دلیل خطوط واگرا شکل جریان زمینه، به­ تدریج تغییر شکل پیدا می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که بیشینه تغییر شکل قطره در ناحیه­ ی کانال قیفی شکل تخت به پارامترهای همانند عدد مویینگی، زاویه بازشدگی کانال و شعاع قطره وابسته است. برای اعتبار سنجی نتایج عددی، نتایج با داده­ های تجربی مقایسه شده است. مقایسه بین نتایج آزمایشگاهی و عددی، نشان می­ دهد که سازگاری بسیار خوبی بین مقیاس عددی بیشینه تغییر شکل قطره و مقیاس آزمایشگاهی آن وجود دارد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A numerical study of droplet deformation in a flat funnelform microchannel

نویسنده [English]

  • E Kadivar

چکیده [English]

Motivated by recent reported experiments, droplet deformation in a flat funnelform diverging microfluidic channel has been numerically studied. The structure of our microchannel is composed of two consecutive elements including a straight channel and a diverging channel. In this work, instead of solving the 3D Stokes equation, we solve a depth-averaged problem which is labeled two-dimensional problem. Employing the boundary element method (BEM), we numerically solve the Darcy equation in the two-dimensional and investigate droplet motion and droplet deformation as the droplet enters the flat funnelform diverging channel. Numerical simulations indicate that when a deformable droplet approaches the intersection of straight channel and funnelform diverging channel, the droplet decelerates and deforms. We numerically find that maximum deformation of droplet depends on droplet size, capillary number, and channel geometry. Our numerical scaling is in good agreement with the experimental scaling reports.

کلیدواژه‌ها [English]

  • funnel form microfluidic
  • droplet deformation
  • two-phase system
  • boundary element method
  • darcy equation

1. N T Nguyen and S Wereley, “Fundamentals and Applications of Microfluidics”, London, Boston (2002). 3. N Maleki Jirsaraee, H Parnak, A Bigdeli, and S Rouhani, Iranian Journal of Physics Reseach 14, 4 (2015) 267. 4. G Tomaiuolo, M Barra, V Preziosi, A Cassinese, A B Rotoli, and S Guido, Lab Chip 11, 3 (2011) 449. 5. S Guido and V Preziosi, Adv. Colloid Interface Sci. 161, 1 (2010) 89. 6. C N Baroud, F Gallaire and R Dangla, Lab Chip 10 16 (2010) 2032. 7. J C Baret, Lab Chip 12, 3 (2012) 422. 8. S Guido and G Tomaiuolo, Comptes Rendus Physique 10, 8 (2009) 751. 9. E Kadivar, S Herminghaus, and M Brinkmann, J. Phys.: Condens. Matter 25, 28 (2013) 285102. 10. E Kadivar, Eur. J. Mech. B. Fluids 57 (2016) 75. 11. D R Link, S L Anna, D A Weitz, and H A Stone, Phys. Rev. Lett. 92, 5 (2004) 054503. 12. L Salkin, A Schmit, L Courbin, and P Panizza, Lab on a Chip 13, 15 (2013) 3022. 13. N Bremond, A R Thiam, and J Bibette, Phys. Rev. Lett. 100, 2 (2008) 024501. 14. J C Baret, V Taly, M Ryckelynck, C A Merten, and A D Griffiths, Med. Sci. 25, 6 (2009) 627. 15. E Kadivar, EuroPhysics Letters 106, 2 (2014) 24003. 16. G Taylor, Proc. R. Soc. London, Ser. A 138, 834 (1932) 41. 17. G Taylor, Proc. R. Soc. London, Ser. A 146, 858 (1934) 501. 18. J M Rallison, Annu. Rev. Fluid. Mech. 16, 45 (1984) 45. 19. B Bentley and L Leal, Fluid. Mech. 167 (1986) 241. 20. Q Brosseau, J Vrignon, and J C Baret, Soft Matter 10, 1 (2014) 3066. 21. C Ulloa, A Ahumada, and M L Cordero, Phys. Rev. E 89, 3 (2014) 033004. 22. H Xi and C Duncan, Phys. Rev. E 59, 3 (1999) 3022. 23. A Gupta, M Sbragaglia, and A Scagliarini, J. Comput. Phys. 29, 1 (2015) 177. 24. E S Romm, “Fluid Flow in Fractured Rocks”, Phillips Petroleum Company (1966). 25. M Nagel and F Gallair, Comput. & Fluids 107, 1 (2015) 272. 26. P T Brun, M Nagel, and F Gallaire, Phys. Rev. E 88, 4 (2013) 043009. 27. E Kadivar and A Alizadeh, Eur. Phys. J. E 40, 1 (2017) 31. 28. E Kadivar and M Farrokhbin, Physica A 479, 1 (2017) 449. 29. C Pozrikids, “A Practical Guide to Boundary Element Methods”, USA, Florida, CRC Press (2002). 30. T Cubaud, Phys. Rev. E 80, 2 (2009) 026307.

تحت نظارت وف بومی