مشخصات پژوهش

عنوان	مدلسازی ریاضی و شبیه سازی عددی واکنشهای دو فازی در میکروراکتورها
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	میکروراکتور، تمرکز هیدرودینامیکی، مدلسازی تحلیلی، جریان چند فازی، انتقال جرم
چکیده	با توجه به این واقعیت که بیشتر واکنشهایی که در میکروراکتورها انجام میشود بر روی سطح آنها رخ میدهد، بسیار مهم است که واکنش دهندهها را نزدیک دیواره واکنش دهنده نگه داشت. یکی از تکنیکهای موثری که در این زمینه ارائه شده است، تمرکز هیدرودینامیکی تک فاز است. اما این روش دارای این ایراد مهم است که درصد نفوذ واکنش دهندهها به سیال غلاف زیاد است. برای رفع این نقص، مفهوم تمرکز هیدرودینامیکی دو فاز در کار حاضر معرفی شده است. ایده اصلی این است که از یک مایع غلاف بسیار لزج برای ایجاد سدی در برابر نفوذ واکنش دهندهها به جریان غلاف استفاده شود. برای نشان دادن اثربخشی روش پیشنهادی، یک مدلسازی تحلیلی با در نظر گرفتن یک میکروراکتور صفحه موازی با یک واکنش مرتبه اول برگشتناپذیر و همچنین یک شبیه سازی سه بعدی بوسیله نرم افزار Comsol Multiphysics انجام شده است. نتایج نشان میدهد که پنج پارامتر بدون بعد از جمله نسبت دبی جریان غلاف به نمونه (𝐹) ، نسبت ویسکوزیته غلاف به نمونه ) 𝜂𝜇 (، نسبت ضریب نفوذ غلاف به نمونه ) 𝜂𝐷 (، ضریب تقسیم ) 𝐾𝑃 ( و عدد دامکوهلر ) 𝐷𝑎 ( سینتیک انتقال جرم و واکنش سطحی را در یک میکروراکتور دو فازی کنترل میکنند. محل وقوع جهش غلظت با افزایش نسبت سرعت جریان به سمت راکتور جابجا میشود، زیرا در نرخهای جریان بالاتر سیال غلاف اثر تمرکز هیدرودینامیکی تشدید میشود. اگرچه میتوان مقدار اتلاف واکنشدهنده را با افزایش 𝐹 کاهش داد، اما این کار تأثیر منفی بر سرعت واکنش دارد. نتایج، غلظت حل شونده کمتر را برای 𝐹 بالاتر نشان میدهد و واضح است که کمبود حل شونده باعث کاهش سرعت واکنش میشود. جهش غلظت، که به عنوان مانعی در برابر انتقال جرم عمل میکند، همراه با کوچکی ضریب نفوذ مایع غلاف، دلیل نفوذ تعداد کمتری از حل شوندهها به مایع غلاف در نسبت های بالاتر ویسکوزیته میباشد. در نتیجه، این امر منجر به حضور بیشتر حل شونده در نزدیکی دیواره واکنشی میشود. غلظت بدون بعد حل شونده در جریان غلاف برای تمرکز هیدرودینامیکی تک فاز در یک طول مشخص از کانال ) 𝑥∗=0.075 ( به عدد 0.256 رسیده است که نشان از نفوذ قابل توجه املاح در جریان غلاف میباشد. این عدد برای نسبت ویسکوزیته 𝜂𝜇=2 برابر با 0.1 و برای نسبت های ویسکوزیته 5 و 10 به ترتیب برابر با 0.004 و تقریباً صفر میباشد. نتایج نشاندهنده اثربخشی تمرکز دو فازی است: راندمان، که به عنوان میزان واکنشدهندههای واقع در جریان نمونه تقسیم بر کل واکنشدهندهها تعریف میشود، می تواند نزدیک به عدد یک نگه داشته شود و عدد شروود کاملاً توسعهیافته با فرض نسبت ویسکوزیته غلاف به نمونه 10 در شرایط خاص میتواند تا 10 برابر افزایش یابد.
پژوهشگران	آرمان صادقی (استاد راهنما)، عبدالله ایرانخواه (استاد راهنما)، یاسر کاظمی (دانشجو)