بررسی عددی دینامیک قطرات غیرنیوتنی کارئو تحت پدیده الکترووتینگ

مطالعه رفتار دینامیکی قطرات از اهمیت بالایی در پدیده‌های الکترووتینگ برخوردار است. باتوجه به کاربرد گسترده سیالات غیرنیوتنی به‌خصوص در کاربردهای زیستی، در مطالعه حاضر دینامیک قطرات غیرنیوتنی کارئو تحت پدیده الکترووتینگ مورد بررسی قرار گرفته است. اثرات ویسکوزیته، اندازه قطره و اختلاف پتانسیل اعمالی در نوسانات و تغییر ارتفاع قطره مشخص شده‌اند. شبیه‌سازی این پدیده به کمک روش المان محدود صورت گرفته و به منظور اعتبارسنجی مدل‌سازی انجام شده، نتایج حاصل با نتایج تجربی و عددی مقایسه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند، برای سیال غیرنیوتنی مدل کارئو با افزایش لزجت دامنه نوسانات کاهش می‌یابد اما فرکانس ارتعاشی ثابت است، در صورتی‌که برای حالت مشابه در سیال نیوتنی دامنه نوسانات بزرگتر و فرکانس آن نسبت به سیال غیرنیوتنی کمتر است. در سیال غیرنیوتنی کارئو با ضریب توانکوچکتر از یک رفتار سیال غیرنیوتنی مشابه سیال نیوتنی می‌باشد اما زمانی‌که ضریب بزرگتر از یک می‌شود، سیال غیرنیوتنی در زمان کمتری به ارتفاع نهایی خود رسیده و این تغییر ارتفاع به‌صورت یک مرتبه همگرا می‌شود. افزایش ارتفاع در سیال غیرنیوتنی منجر به افزایش دامنه ارتعاشی و کاهش مقدار فرکانس در سیال می‌شود و در مقابل، در سیال غیرنیوتنی دامنه ارتعاشی کمتر ولی مقدار فرکانس آن بیشتر است.

Numerical Study of the Dynamics of Non-Newtonian Carreau Droplets under Electrowetting Phenomenon

Studying the dynamic behavior of droplets is very important in electrowetting phenomena. Due to the widespread application of nonNewtonian fluids, in the present study, the dynamics of nonNewtonian Carreau droplets have been investigated. The effects of the viscosity, the size and the applied voltage on the oscillations and the change in the height of the droplets have been inspected. The simulations have been conducted using the finite element method and in order to validate the method, the results have been compared with the available experimental and numerical results. The results indicate that by increasing the viscosity the amplitude of the oscillations increases but the frequency remains constant. These are similar to those of the Newtonian fluids with this difference that in Newtonian fluids the amplitude is larger but the frequency is smaller. Also, for Carreau fluids when the power index is smaller than one the results are similar to the Newtonian fluids but when the power index is larger than one the droplet reaches its final height faster and without any fluctuation. Increasing the height in the nonNewtonian fluid leads to an increase in the amplitude of the oscillations and decreases the amount of frequency in the fluid.