عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی جریان الکترواسموتیک در میکرو پمپ ها با استفاده از روش شبکه بولتز من
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی-ماشینهای آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1945;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48946
- تاریخ دفاع
- ۲۲ تیر ۱۳۹۰
- دانشجو
- محمد رفعتی نصر
- استاد راهنما
- سیداحمد نوربخش
- چکیده
- در این پایان نامه جریان الکترواسموتیک سیالات غیر نیوتنی در میکرو پمپها با استفاده از روش شبکه ی بولتزمان(LBM) مدلسازی شد. برای مدل نمودن جریان از مدل سیال توانی استفاده گردید و نتایج برای هر سه مدل سیالات شبه پلاستیک، نیوتنی و دیلاتنت ارایه گردید. هدف از انجام این پروژه: (1) مطالعه ی پدیده ی الکترواسموتیک در سیالات غیر نیوتنی و مطالعه ی پارامترهای موثر در این جریان، (2) آشنایی با روش شبکه ی بولتزمان و بررسی قابلیت این روش در مدلسازیهای جریان الکترواسموتیک و شبیه سازی سیالات غیر نیوتنی، (3) نوشتن یک کد محاسباتی در مدلسازی جریانهای الکترواسموتیک بر اساس روش شبکه ی بولتزمان که به قابلیت ارتقا به مدلهای پیشرفته تر را دارد، می باشد. علاوه بر حل میدان جریان با استفاده از معادلات تکاملی شبکه ی بولتزمان، برای محاسبه ی میدان جریان بوسیله ی LBM از یک معادله ی تکاملی برای معادله ی پواسون-بولتزمان استفاده گردید. دو هندسه ی مختلف، یکی کانال با توزیع سرتاسری پتانسیل الکتریکی و دوم کانال با توزیع غیر یکنواخت پتانسیل در این تحقیق استفاده شد. اثر تغییرات ارتفاع، پتانسیل زیتا و غلظت یونی بر توزیع پتانسیل بررسی شد. غلظت یونی تاثیر بالایی بر ضخامت لایه ی دوگانه ی الکتریکی دارد و افزایش ارتفاع کانال با اینکه بر این ضخامت تاثیر ندارد ولی باعث کاستن از سهم EDL در مقطع کانال می شود. تاثیر پارامترهای ذکر شده به علاوه ی اندیس توانی سیال(n)، میدان الکتریکی و گرادیان فشار بر میدان جریان نیز مطالعه گردید. با افزایش اندیس توانی سیال، پروفیل سرعت از حالت تخت به حالت سهمی شکل تغییر شکل می دهد. این موضوع به دلیل تغییرات در لزجت موثر با تغییرات سرعت می باشد. برای سیالات شبه پلاستیک هر چه به مرکز کانال نزدیکتر شویم لزجت موثر افزایش می یابد. این پدیده در سیالات دیلاتنت بر عکس می باشد. کاهش غلظت یونی الکترولیت در سیالات رقیق شونده (n<1) باعث کاهش سرعت متوسط و در نتیجه کاهش دبی عبوری ازکانال می شود، درحالیکه برای سیالات غلیظ شونده (n>1) تا زمانیکه لایه های دوگانه الکتریکی تمام کانال را تحت تاثیر قرار ندهد کاهش غلظت یونی باعث رشد پروفیل سرعت می گردد. در هندسه ی دوم مشخص شد که سیال در هنگام ورود به ناحیه ی تحت تاثیر پتانسیل الکتریکی به سمت دیواره ها کشیده می شود و دارای بیشترین گرادیان سرعت است. این پدیده باعث تغییر شکل پروفیل سرعت و تغییرات در لزجت موثر می گردد.
- Abstract
- Lattice Boltzmann Simulation of electroosmotic (EO) flow of non-Newtonian fluids in micropumps is performed in the present research. To model non-Newtonian fluids the Power-law model is implemented and the results are presented for all three models of shear thinning, shear thickening and Newtonian fluids. The main objectives can be summarized as follows: (1) investigation of electroosmotic phenomenon in non-Newtonian fluid flows and all related parameters, (2) be acquainted with Lattice Boltzmann Method (LBM) and study the ability of this method to model the electroosmotic non-Newtonian fluid flows, (3) developing a computer code for electroosmotic flow in micropumps by LBM with capability of being upgraded to more advanced models of fluid flows in micropumps. Both flow field and electric potential are solved through LB method. Two kinds of geometry are considered for micropumps, one with uniform distribution of zeta potential and the other is a channel with partial distribution of zeta potential on the wall surfaces. Effects of channel height, zeta potential, ion concentration and power law index are studied in the pure electroosmotic flow as well as mixed pressure driven/electroosmotic flow. It is revealed that ion concentration has a great impact on electric double layer thickness. Although channel height has no impact on this thickness, it results the EDL cover less area of the channel cross section. Increment of Power-law index makes axial velocity profile change from plug like to parabolic. For pseudoplastic (shear thinning) fluids, effective viscosity is the greatest at the channel centerline. Opposite behavior will be obtained in Dilatant fluids. Moreover, Reduction in ion concentration leads to lower average velocity and flow rate for pseudoplastic fluids. However, this change causes augmentation in the average velocity for dilatant and Newtonian fluids, if there is no EDL overlap. For the second geometry of the channel it is observed fluid is constricted toward electrodes surfaces under the effect of electroosmotic forces. The greatest velocity gradient is observed at the electrode edges sections which has considerable influence on effective viscosity.
