00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Dissertação
Título: Análise de um micromixer passivo rômbico de colisões desequilibradas com subcanais deslocados
Título(s) alternativo(s): Analysis of an unbalanced collisions rhombic passive micromixer with deslocated subchannels
Autor(es): Magalhães, Alysson Nogueira de
Primeiro Orientador: Vermelho, Marcos Vinicius Dias
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Sampaio, David Vieira
metadata.dc.contributor.referee1: Andrade, José Henrique Araújo Lopes de
metadata.dc.contributor.referee2: Galdino, Fabiane Caxico de Abreu
Resumo: Neste trabalho, analisamos numericamente a capacidade de mistura de um novo tipo de micromixer passivo planar, que utiliza colisões desequilibradas promovidas por subcanais assimétricos com deslocamentos súbitos. As equações de Navier-Stokes, a equação de continuidade e a equação de difusão-convecção foram resolvidas utilizando o método dos elementos finitos. Dentre as condições de contorno utilizadas, sete escoamentos diferentes foram testados, variando o número de Reynolds de 5 a 100. A principal característica dos modelos propostos é a adoção de um deslocamento no mais largo dos subcanais assimétricos. Esses deslocamentos apresentam constrições que alteram o campo de velocidade, gerando linhas de fluxo mais velozes e vórtices secundários. Essas estruturas hidrodinâmicas são capazes de aumentar a área de contato entre dois fluidos, favorecendo sua mistura ao acelerar o processo de difusão. Três modelos de micromixers foram propostos, onde cada micromixer possui um deslocamento diferente seguindo uma regra de proporção. O índice de mistura, que é um parâmetro utilizado para medir a eficiência de micromixers, e a queda de pressão para cada caso foram calculados e analisados. As simulações mostraram que os deslocamentos geraram vórtices de recirculação e modificaram o choque desequilibrado nas zonas de recombinação dos micromixers, promovendo Advecção Caótica. Todos os três modelos propostos, 𝑊𝑟 0,5, 𝑊𝑟 1,0 e 𝑊𝑟 2,0, obtiveram maiores eficiências que o modelo de referência em todos os 𝑅𝑒 com exceção de 𝑅𝑒 100. Para números de Reynolds menores, médios e maiores, os micromixers 𝑊𝑟 2,0, 𝑊𝑟 1,0 e 𝑊𝑟 0,5 apresentaram as maiores eficiências, respectivamente, com 𝑊𝑟 0,5 atingindo um de mistura de 85% em 𝑅𝑒 100. Enquanto 𝑊𝑟 0,5 teve as menores quedas de pressão, 𝑊𝑟 2,0 obteve as maiores devido aos deslocamentos mais apertados.
Abstract: In this work, we numerically analyze the mixing capabilities of a new type of planar passive micromixer, which uses unbalanced collisions promoted by asymmetrical subchannels with sudden displacements. The Navier-Stokes equations, the continuity equation and the diffusion-convection equation were solved using the finite element method. Among the boundary conditions used, seven different flows were tested, varying the Reynolds number from 5 to 100. The main characteristic of the proposed models is the adoption of a displacement in the widest of the asymmetrical subchannels. These displacements have constrictions that alter the velocity field, generating faster flow lines and secondary vortices. These hydrodynamic structures can increase the contact area between two fluids, favoring their mixing by accelerating the diffusion process. Three models of micromixers were proposed, where each micromixer has a different displacement following a rule of proportion. The mixing index, which is a parameter used to measure the efficiency of micromixers, and the pressure drop for each case were calculated and analyzed. The simulations showed that the displacements generated expansion vortices and modified the unbalanced shock in the recombination zones of the micromixers, promoting Chaotic Advection. All three proposed models, 𝑊𝑟 0.5, 𝑊𝑟 1.0 and 𝑊𝑟 2.0, obtained higher efficiencies than the reference model in all 𝑅𝑒 except for 𝑅𝑒 100. For lower, medium, and higher Reynolds numbers, the 𝑊𝑟 2.0, 𝑊𝑟 1.0 and 𝑊𝑟 0.5 micromixers showed the highest efficiencies, respectively, with 𝑊𝑟 0.5 achieving an 85% mixing at 𝑅𝑒 100. While 𝑊𝑟 0.5 had the lowest pressure drops, 𝑊𝑟 2.0 got the highest due to tighter displacements.
Palavras-chave: Microfluídica
Micromixers
Colisão desequilibrada
Microfluidics
Passive micromixers
Unbalanced collision
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: MAGALHÃES, Alysson Nogueira de. Análise de um micromixer passivo rômbico de colisões desequilibradas com subcanais deslocados. 2023. 95 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12280
Data do documento: 23-ago-2022
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