مطالعه عددی تغییر شکل قطره در میکروکانال تخت قیفی شکل

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، معادله ی دارسی برای محاسبه فشار و سرعت در کانال میکروسیال دوبعدی به طور عددی حل شده است. شبیه سازی های عددی نشان می دهد، هنگامی که قطره وارد ناحیه کانال واگرا می گردد، به دلیل خطوط واگرا شکل جریان زمینه، به تدریج تغییر شکل پیدا می کند. نتایج نشان می دهد 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.

A numerical study of droplet deformation in a flat funnelform microchannel

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 depthaveraged problem which is labeled twodimensional problem. Employing the boundary element method (BEM), we numerically solve the Darcy equation in the twodimensional 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.