مدل‌سازی فشار مویینگی میکروسیالات در میکروساختارها با نرم افزار Surface Evolver

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشجوی دکتری ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 کارشناس، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

شکل، هندسه و زاویه تماس میکروساختارها نقش مهمی در تعیین عملکرد مویینگیشان دارند. در پژوهش حاضر، فشار مویینگی سیال در میکروساختارهای کروی و میکروستون های با مقطع دایروی و مربعی به صورت عددی بررسی می شود. به منظور تخمین فشار مویینگی به عنوان انرژی سطح مشترک در واحد حجم، شکل سطح سیال در میکروساختارها با استفاده از الگوریتم کمینه سازی انرژی سطحی با کدنویسی در نرم افزار تعیین می گردد. به منظور صحت سنجی، فشار مویینگی میکروکره ها با سایرنتایج موجود مقایسه می گردد. در ادامه، فشار مویینگی بر حسب مشخصات هندسی بدون بعد و زاویه تماس بین مایع و جامد در میکروستون ها ارائه می گردد. بر اساس نتایج، میکروکره ها روی سطح به عنوان موثرترین ساختار هندسی برای مویینگی می باشند. همچنین، فشار مویینگی حاصل از میکروستون های مربعی در نسبت جامد و فاصله مشخص، بیش از میکروستون های دایروی می باشد. نتایج تعیین فشار مویینگی میکروسیالات در میکروساختارها می تواند در حوزه های مختلف علوم کشاورزی، نساجی و پلیمر، نفت و انتقال حرارت مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Berthier J, Brakke K (2012) The Physics of microdroplets. 2nd edn. John Wiley & Sons, Inc.

[2] Nam Y, Sharratt S, Byon C, Kim S J, Ju Y S (2010) Fabrication and characterization of the capillary performance of superhydrophilic cu micropost arrays. J Microelectromech S 19(3): 581-588.

[3] Nagrath S, Sequist L , Maheswaran S, Bell D, Irimia D (2007) Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology. Nature 450(7173): 1235-1239.

[4] Cui H, Lim K (2009) Pillar array microtraps with negative dielectrophoresis. Langmuir 25(6): 3336-3339.

[5] Patel N, Rohatgi N, Lee L (1995) Micro scale flow behavior and void formation mechanism during impregnation through a unidirectional stitched fiberglass mat. Polym Eng Sci 35(10): 837-851.

[6] Washburn W (1921) Note on a method of determining the distribution of pore sizes in a porous material. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 115-116.

[7] Princen H (1969) Capillary phenomena in assemblies of parallel cylinders: II. Capillary rise in systemswith more than two cylinders. J Colloid Interf Sci 30: 359-371.

[8] Brakke KA (1992) The Surface evolver. Exp Math 1(2): 141-165.

[9] Wu X, Bedarkar A, Vaynberg K (2010) Droplets wetting on filament rails: surface energy and morphology transition. J Colloid Interface Sci 341: 326-32.

[10] Hilden J, Trumble K (2003) Numerical analysis of capillarity in packed spheres: Planar hexagonal-packed spheres. J Colloid Interf Sci 267: 463-474.

[11] Slobozhanin L, Alexander J, Collicott S, Gonzalez S (2006) Capillary pressure of a liquid in a layer of close-packed uniform spheres. Phys Fluids 18: 82-104.

[12] Ranjan R, Murthy J, Garimella S (2009) Analysis of the wicking and thin-film evaporation characteristics of microstructures. J Heat Trans-T ASME 131: 1-11.

[13] Hong D, Byon C (2014) Analytic Correlation for the Capillary Pressure of MicroSquare-Pillar Arrays. Int J Precis Eng Man15(12): 2677-2680.

[14] Byon C, Kim S (2014) Study on the capillary performance of micro-post wicks with non-homogeneous configurations. Int J Heat Mass Tran 68: 415–421.

[15] Collicott SH (2014) Computing the effects of practical tolerances on propellant management device performance. AIAA J 52(7): 1578-1580.

[16] Wakai F (2007) Three-dimensional simulation of coarsening and grain growth in sintering. Mater Sci Forum 539: 2359-64.

[17] Cox SJ (2005) A viscous froth model for dry foams in the Surface Evolver. Colloid Surface A 263(1): 81-89.

[18] Kirchner R, Schleunitzand A, Schift H (2014) Energy-based thermal reflow simulation for 3D polymer shape prediction using Surface Evolver. J Micromech Microeng 24(5): 55010-16.

[19] Fischer G, Bigerelle M,  Kubiak K J,  Mathia T G,  Khatir Z, Anselme K (2014) Wetting of anisotropic sinusoidal surfaces-experimental and numerical study of directional spreading. Surf Topogr Metrol Prop 2(4): 44003-13.