مطالعه عددی تشکیل قطرات مرکب در یک سیستم میکرو سیال مویین شیشه‌ای سه فازی

قطرات مرکب حاصل از قطره آب در روغن در آب امولسیون های دوگانه ای هستند که کاربردهای متعددی از جمله در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی دارند. بررسی مولفه های موثر در تولید این قطرات نقش مهمی در تولید کنترل شده آن ها دارد. در این مطالعه عددی تولید قطرات مرکب در دستگاه مویین شیشه ای میکروسیال تقارن محوری سه فازی بررسی شده است. ساختار این سیستم از ترکیب دو جریان هم جهت (co-flow) و یک جریان متمرکزشونده (flow-focusing) تشکیل شده است. در این مطالعه از روش حجم سیال (volume of fluid) برای حل معادلات حاکم در فاز های مختلف استفاده شده است. 5 مولفه بی بعد انتخاب شده تا تاثیر هر مولفه  با ثابت ماندن سایر مولفه ها بر قطر قطره مرکب، فرکانس تولید قطره مرکب و طول جدایش (breakup length) قطره مرکب بررسی شود. این مطالعه به طور موفقیت آمیزی تشکیل قطرات مرکب در رژیم قطره ای را پیش بینی کرده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است که با افزایش نسبت قطر نازل داخلی به قطر لوله خارجی، قطر هسته افزایش و ضخامت پوسته کاهش می یابد. با کاهش زاویه نوک نازل داخلی، رژیم قطره به رژیم جت شونده تغییر می کند. با افزایش زاویه تماس فاز میانی نسبت به فاز خارجی در دیواره لوله خارجی از 90 به 120 درجه، فرکانس تولید قطرات 22 درصد افزایش یافت. از نتایج این مطالعه می توان برای کاربردهایی مانند کشت سلولی سه بعدی بهره برد. 

numerical study of the formation of compound droplets in a three-phase glass capillary microfluidic system

the compound droplets resulting from water-in-oil-in-water emulsions have many applications, including in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. investigating the effective parameters in the production of these droplets plays an important role in their controlled production. in this numerical study, the production of compound droplets in a three-phase axisymmetric glass capillary microfluidic device is investigated. the structure of this system consists of two co-flow and one flow-focusing devices. in this study, the volume of fluid (vof) method is used to solve the governing equations in different phases. 5 dimensionless parameters are selected to check the effect of each component on the diameter, the generation frequency, and the breakup length of the compound droplets. this study has successfully predicted the formation of compound droplets in the droplet regime. the simulation results show that with increasing the ratio of inner nozzle diameter to outer tube diameter, the core diameter enhances and the shell thickness decreases. by decreasing the angle of the inner nozzle tip, the drop regime changes to the jet regime. by increasing the contact angle of the middle phase with respect to the outer phase in the outer tube wall from 90 to 120 degrees, the frequency of droplet generation increases by 22%. the results of this study can be used for applications such as 3d cell culture.