مطالعه عددی دو بعدی تاثیرات میدان الکتریکی روی تغییر شکل قطرات، با استفاده از روش ترکیبی حجم محدود-شبکه بولتزمن

استفاده از دستگاه‌های میکروفلوئیدیک به منظور تولید قطره در زمینه‌های گسترده‌ای کاربرد دارند. روش‌های سریع در ایجاد، تغییر شکل و شکست قطرات از موضوعات تحقیقاتی مهم و روز دنیا است. مطالعات فراوانی در زمینه تاثیر هندسه، خواص سیال و عوامل محرک در تولید قطرات صورت گرفته است. محققان در سال‌های اخیر، به منظور درک بهتر چگونگی فرآیند تشکیل قطرات و عوامل موثر بر کیفیت و کاهش اندازه آن‌ها از مطالعات عددی کمک گرفته‌اند. یکی از روش‌های تاثیرگذار درکنترل اندازه و فرآیند تولید قطره به کارگیری محرک‌های خارجی در دستگاه‌های میکروفلوئیدیک است. در میان عوامل محرک خارجی، در این بررسی، عامل میدان الکتریکی انتخاب شده است. هدف اصلی تحقیق حاضر بررسی اثرات میدان الکتریکی روی دینامیک یک قطره می‌باشد. در این تحقیق، دینامیک یک قطره دایروی معلق در یک مایع (بدون امتزاج) به صورت دو بعدی بررسی می‌شود. این قطره تحت تاثیر یک میدان الکتریکی ثابت و نوسانی قرار دارد و هر دو سیال از جنس لیکی دی الکتریک می‌باشند. تحلیل نوسانات میدان الکتریکی روی دینامیک یک قطره قبلا انجام نگرفته و لذا نوآوری اصلی تحقیق حاضر می‌باشد. در این تحقیق، جریان دو فازی با استفاده از روش شبکه بولتزمن و مدل دو فازی گرادیان رنگ، محاسبه و میدان الکتریکی با استفاده از روش حجم محدود تحلیل می‌شود. در حین مدل‌سازی جریان دو فازی با استفاده از روش شبکه بولتزمن، میدان الکتریکی با استفاده از روش حجم محدود و یک تابع شناخته شده پتانسیل الکتریکی محاسبه می‌شود. سپس، نیروی حجمی اعمالی از طرف میدان الکتریکی به سطح تماس دو فاز اعمال و وارد محاسبات روش شبکه بولتزمن می‌شود. با اعمال میدان الکتریکی نشان داده خواهد شد که قطرات تحت تنش‌های الکتریکی تغییر شکل پیدا کرده و در حالت‌هایی شکسته می‌شوند.

Computational Two-dimensional Study of Electrical Field on Break-up of a Drop, Using Hybrid Lattice Boltzmann-Finite Volume Method

The use of microfluidic devices to produce drops is widely used. Rapid methods of creating, deforming, and breaking droplets are important and current research topics in the world. Numerous studies have been conducted on the effect of geometry, fluid properties, and driving factors on droplet production. Researchers in recent years have used numerical studies to better understand the process of droplet formation and the factors that affect its quality and reduce its size. One of the effective methods in controlling the size and process of droplet production is the use of external provocations in microfluidic devices. Among the external provocations, in this study, the electric field factor has been selected.The main purpose of this study is to investigate the effects of electric fields on the dynamics of a droplet. In this study, the dynamics of a circular droplet suspended in a liquid (without mixing) are investigated in two dimensions. This drop is affected by a constant electric field and both fluids are made of dielectric fluid. In this research, the multiphase part is calculated using the Boltzmann lattice method and the two-phase model of the color gradient is calculated and the electric field is analyzed using the finite volume method. During two-phase current modeling using the Boltzmann lattice method, the electric field is calculated using the finite volume method and a known function of the electric potential. Then, the volumetric force applied by the electric field is applied to the contact surface of the two phases and enters into the calculations of the Boltzmann network method. By applying an electric field, it will be shown that the droplets deform under electrical stress and break in some cases. This research is used in all fields of research in the field of biotechnology and ionic provocations and FEEP.