Simulación de Lattice-Boltzmann y Validación Experimental de una Junta en T Microfluídica para la Generación de Flujo de Burbujas
Autores: Schulz, Volker Paul; Abbaspour, Nima; Baumeister, Tobias; Röder, Thorsten
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Simulación de Lattice-Boltzmann y Validación Experimental de una Junta en T Microfluídica para la Generación de Flujo de Burbujas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Interacción
Fluidos
Método de Lattice Boltzmann
Patrones de flujo
Gotas
Canales microfluídicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Investigamos la interacción de dos fluidos inmiscibles en una geometría de dispositivo frontal, donde ambos fluidos fluyen en direcciones opuestas. Las simulaciones se basan en el método de Boltzmann en dos dimensiones (2D) utilizando el modelo de Rothman y Keller (RK). Validamos el código LBM con varios puntos de referencia, como la prueba de burbujas, el ángulo de contacto estático y el flujo estratificado. Por primera vez, simulamos un dispositivo frontal forzando la periodicidad y una fuerza de volumen para inducir el flujo. Desde tasas de flujo bajas hasta altas, se observan tres patrones de flujo principales en el dispositivo frontal, que son goteo-apretado, chorro-cizallamiento y enhebrado. En el régimen de apretado, el flujo es constante y las gotas son iguales. El flujo de chorro-cizallamiento no es tan estable como el goteo-apretado. Además, la formación de gotas se desplaza río abajo hacia el canal principal. La última forma de flujo es el enhebrado, en el que los fluidos inmiscibles fluyen paralelos río abajo hacia la salida. A diferencia de otros estudios, seleccionamos canales microfluídicos más grandes con un ancho de canal de 1 mm para lograr flujos volumétricos relativamente altos, como se utiliza en reactores de síntesis química. En consecuencia, el número capilar de los regímenes de flujo es menor que 10. En conclusión, la simulación se compara bien con los datos experimentales.
Descripción
Investigamos la interacción de dos fluidos inmiscibles en una geometría de dispositivo frontal, donde ambos fluidos fluyen en direcciones opuestas. Las simulaciones se basan en el método de Boltzmann en dos dimensiones (2D) utilizando el modelo de Rothman y Keller (RK). Validamos el código LBM con varios puntos de referencia, como la prueba de burbujas, el ángulo de contacto estático y el flujo estratificado. Por primera vez, simulamos un dispositivo frontal forzando la periodicidad y una fuerza de volumen para inducir el flujo. Desde tasas de flujo bajas hasta altas, se observan tres patrones de flujo principales en el dispositivo frontal, que son goteo-apretado, chorro-cizallamiento y enhebrado. En el régimen de apretado, el flujo es constante y las gotas son iguales. El flujo de chorro-cizallamiento no es tan estable como el goteo-apretado. Además, la formación de gotas se desplaza río abajo hacia el canal principal. La última forma de flujo es el enhebrado, en el que los fluidos inmiscibles fluyen paralelos río abajo hacia la salida. A diferencia de otros estudios, seleccionamos canales microfluídicos más grandes con un ancho de canal de 1 mm para lograr flujos volumétricos relativamente altos, como se utiliza en reactores de síntesis química. En consecuencia, el número capilar de los regímenes de flujo es menor que 10. En conclusión, la simulación se compara bien con los datos experimentales.