دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Synthesis of Optimal Heat-Integrated Distillation Columns Sequence with Mathematical Programming method based on Superstructure Optimizationتعیین چیدمان بهینه برجهای تقطیر با در نظر گرفتن ادغام حرارتی به روش برنامهنویسی ریاضی مبتنی بر بهینهسازی اَبَرساختار22723854810.22060/mej.2016.548FAمرتضیمحمودی منشکارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایراننورالهکثیریدانشیار، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایرانجوادایوک پوراستادیار، پژوهشکده مهندسی پالایش، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایرانJournal Article20120307In this paper, the problem of optimal distillation columns sequence determination for a multicomponent distillation system with heat integration between condensers and reboilers of various columns with using mathematical programming approach considered. Existence of nonlinear constraints also discrete and continuous variables in optimization model is reason that the problem will be a Mixed-Integer-Non-Linear-Program (MINLP). MINLP model that obtained from mathematical programming is solved with GAMS. Some of proposed method features are generality and flexibility for defining new operating conditions. In proposed MINLP model, the effect of heat integration on optimal sequence has been considered by simultaneous optimization of sequencing and energy demand. Energy saving using heat integration has become possible by regarding column pressure as a variable in optimization model. The Results obtained from solution of MINLP model for a four components separation, shows 25% saving in total annual cost that includes investment, operation costs and energy consumption. . .در این مقاله مسأله تعیین چیدمان بهینه برجهای تقطیر در یک سیستم تقطیر چند جزئی، با در نظر گرفتن ادغام حرارتی بین کندانسور و ریبویلر برجهای مختلف، به روش برنامهنویسی ریاضی بررسی شده است. مساله مورد بحث در اینجا به دلیل وجود قیود غیرخطی و همینطور متغیرهای گسسته و پیوسته در مدل بهینهسازی، یک برنامه غیرخطی آمیخته با عدد صحیح، MINLP، خواهد بود. مدل MINLP حاصل از برنامهنویسی ریاضی به کمک نرمافزار گمز حل شده است. جامعیت مدل بهینهسازی و انعطافپذیری آن در تعریف شرایط عملیاتی جدید از ویژگیهای این کار به حساب میآید. بهینهسازی همزمان چیدمان و مصرف انرژی امکان ارزیابی تأثیر ادغام حرارتی بر انتخاب چیدمان بهینه فراهم کرده است. در نظر گرفتن ادغام حرارتی در کاهش مصرف انرژی با متغیر بودن فشار برج تقطیر امکانپذیر شده است بطوریکه نتایج حاصل از حل مدل MINLP برای یک جداسازی چهار جزئی، میزان صرفهجویی برابر 25% در هزینه کلی سالانه که شامل هزینههای سرمایهگذاری، عملیاتی و میزان مصرف انرژی میشود، را نشان میدهد.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Vapor-Liquid-Liquid Equilibrium Calculation for Water and normal-Hexane binary mixture using Monte Carlo Molecular Simulationمحاسبه تعادل بخار- مایع- مایع برای مخلوط دوتایی آب و نرمال هگزان با استفاده از شبیهسازی مولکولی مونتکارلو23924665810.22060/mej.2016.658FAمحمدهنریدانشجو، دانشگاه علم و صنعت ایران، آزمایشگاه تحقیقاتی ترمودینامیکبهمنبهزادیاستادیار ، دانشگاه علم و صنعت ایرانمحمد رضادهقانیاستادیار ، دانشگاه علم و صنعت ایرانJournal Article20120312هدف اصلی این پژوهش بررسی تعادلهای فازی به روش شبیهسازی مونتکارلو میباشد. از بین روشهای شبیهسازی مونتکارلو روش مجموعه گیبس برای این منظور انتخاب شده است. در ابتدا تعادلهای فازی بخار- مایع برای آب و نرمال هگزان خالص بررسی گردیدهاند؛ برای مولکولهای آب از میدانهای نیروی SPC-E، COMPASS و AMBER و برای نرمال هگزان از میدانهای AMBER، CHARM-27 و TraPPE-UA استفاده شده است و تعادل فازی این ترکیبات مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت از شبیهسازی در مجموعه گیبس برای محاسبات تعادل فازی مایع- مایع- بخار در مخلوط آب و نرمال هگزان استفاده شده است. نتایج برای مواد خالص مطابقت بسیار خوبی با دادههای تجربی دارد و تعادل فازی بخار- مایع را به خوبی پیشبینی مینماید. مطابقت با داده های تجربی برای تعادل فازی بخار- مایع- مایع کمتر اما در حد قابل قبول است.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Reducing NOx emissions in gas turbine combustor by steam injection using CLN techniqueکاهش تولید NOx محفظه احتراق توربین گاز با تزریق بخار به روش CLN24725666010.22060/mej.2016.660FAشهیدهصیادیانکارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرسکیومرثمظاهریاستاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرسJournal Article20150224One of the most significant emissions of gas turbine is NOx. In present work a gas turbine combustor is simulated with the aim of reducing NOx. In most research and industrial cases, steam is injected into the combustor separate or premixed with air for reducing NOx emissions. In CLN technique, steam is injected into the combustor premixed with fuel. CFD simulation is done for an axisymmetric non premixed combustor and the ability of different combustion models on NOx and temperature prediction is investigated. Results show EDC model which can implement different mechanisms predicts NOx production more accurate than other models. Also the influence of injection of premixed steam-fuel into the combustor is investigated and is compared to the injection of premixed steam-air and no steam injection cases. Steam injection into the combustor is done by increasing mass flow rate via increasing the nozzle diameter in constant inlet velocity. Results show that the injection of premixed steam-fuel causes 5.8 percent and 4.7 percent further decrease in NOx and CO production in comparison with other case.اکسید نیتروژن یکی از مهمترین آلایندههای توربین گازی است. در کار حاضر محفظه احتراق توربین گاز با هدف کاهش NOx شبیهسازی شده است. در اکثر کارهای تحقیقاتی و صنعتی، برای کاهش تولید NOx تزریق بخار به صورت جداگانه یا به صورت پیشآمیخته با هوا به محفظه احتراق انجام میشود. اما در روش CLN بخار به صورت پیشآمیخته با سوخت به محفظه احتراق تزریق میشود. شبیه سازی CFD برای یک محفظه احتراق غیرپیشآمیخته به صورت متقارن محوری انجام شده است. در این شبیهسازی، در ابتدا تأثیر مدلهای احتراق مختلف بر پیشبینی دما و میزان تولید NOx بررسی گردید. بر این اساس مدل EDC با توجه به این که قابلیت اعمال سینتیکهای مختلف را دارد، برای پیشبینی NOx مدل مناسبتری است. همچنین تأثیر تزریق بخار به داخل محفظه به صورت پیشآمیخته با سوخت بررسی و نتایج آن با حالت بدون تزریق بخار به داخل محفظه و حالت تزریق بخار به صورت پیشآمیخته با هوا مقایسه شد. تزریق بخار به داخل محفظه احتراق، با افزایش دبی جرمی از طریق افزایش قطر نازل در سرعت ورودی ثابت انجام میشود. نتایج نشان میدهد که تزریق بخار پیشآمیخته با سوخت، سبب 8/5 درصد و 7/4 درصد کاهش بیشتر به ترتیب در تولید NOx و CO نسبت به حالت تزریق بخار پیشآمیخته با هوا میشود.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Nanofluid mixed-convection heat transfer in a ventilated cavity with a baffleانتقال حرارت جابجایی توام نانوسیال در یک محفظه باز بافل دار25726665710.22060/mej.2016.657FAمجتبیمرادزادهدانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکردبهزادقاسمیدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکردافراسیابرئیسیاستادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد0000-0003-3748-7839Journal Article20120307The present paper reports numerical results of mixed-convection heat transfer with nanofluid in a horizontal ventilated cavity heated from below and provided with an thin partition on the heated surface. Free flow at cold temperature enters the cavity and takes heat from a heat source. Discretization of the governing equations are achieved through a finite volume method and solved with the SIMPLE method. The effects of the governing parameters, such as the Richardson number, , the baffle position from the inlet, , solid volume fraction, ,and the nanoparticle type on the fluid flow and heat transfer characteristics are studied in detail. The results show that increases in Richardson number results in reduction of the average Nusselt number and increase in solid concentration leads to increases in the average Nusselt number. Also, the results predict an optimal value for baffle position.چکیده <br />در این مقاله جریان جابجایی همزمان آزاد و اجباری، نانوسیال در یک محفظه باز مستطیلی به روش عددی بررسی شده است. نانو سیال با سرعت یکنواخت در دمای ثابت سرد وارد محفظه باز شده و با کف محفظه که تحت شار حرارتی ثابت قرار دارد، تبادل حرارت می کند. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت همزمان حل شده است. در این مطالعه با ثابت در نظر گرفتن عددریلی، ، اثر عدد ریچاردسون، ، تغییر نسبت حجمی نانو ذرات، ، فاصله بافل از ورودی، ، و نوع نانو ذرات بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش عدد ریچاردسون موجب کاهش و افزایش نسبت حجمی نانو ذرات موجب افزایش عدد نوسلت متوسط می گردد. این در حالی است که افزایش فاصله بافل از ورودی محفظه ابتدا باعث افزایش و سپس کاهش نوسلت متوسط شده و می توان فاصله بهینه ای برای آن پیش بینی کرد.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Numerical Simulation of Film Cooling around a Gas Turbine Blade via Partially Averaged Navier-Stokes Approach (PANS)شبیه سازی عددی خنک کاری لایه ای حول پره توربین گاز توسط رهیافت میانگین گیری جزئی از معادلات ناویر- استوکس26728059410.22060/mej.2016.594FAنیماحسینی واجارگاهکارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکز، تهرانمحمد رضاسلیمیدانشجوی دکترا، مهندسی هوا و فضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهرانمحمدطیبی رهنیاستاد، مهندسی هوا و فضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهرانJournal Article20150613At the present research, Film Cooling around a gas turbine blade has been studied numerically via Partially Navier-Stokes Simulation (PANS) approach which is one the most success approaches of Very Large Eddy Simulation (VLES) in turbulence flow. For detail investigation of flow around gas turbine blade (airfoil with film cooled holes on leading edge) has been simulated in three dimensions and inlet temperature and blade surface temperature has been considered: 409.5° C and 297.7° C respectively. Inlet Reynolds number is 8.42 X 105. Inlet flow is fully turbulent and turbulence intensity has been set on 0.052 meanwhile secondary flow effect in up and bottom of blade has been waived. Numerical calculation has been done by Fluent and partially averaged Navier- Stokes equations (PANS) have been applied to fluent by UDF’s. The obtained results from Partially Navier-Stokes Simulation (PANS) method have been compared with existed experimental data and other RANS two-equations models in other researches and it demonstrate that Partially Navier-Stokes Simulation (PANS) approach results has admissible correspondence with experimental data in addition these results are accurate than RANS two- equations models.در این پژوهش به مطالعه عددی خنک کاری لایه ای حول یک پره توربین گاز با استفاده از رهیافت میانگین گیری جزئی از معادلات ناویر استوکس (پنس) که یکی از موفق ترین رهیافت های شبیه سازی گردابه های بسیار بزرگ (وی – ال – ای - اس) در جریانهای آشفته می باشد، پرداخته شده است. جهت بررسی دقیق جریان، مدل سازی به صورت سه بعدی حول هندسه پره توربین گاز (ایرفویل با در نظر گرفتن سوراخ های خنک کاری) انجام شده و دمای سیال ورودی و دمای سطح پره به ترتیب 5/409 درجه سانتیگراد و 7/297 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است. عدد رینولدز جریان ورودی 105 X 42/8 می باشد. جریان ورودی به صورت کاملا آشفته میباشد و شدت توربلانسی آن 052/0 تنظیم شده و ضمنا از اثرات جریان های ثانویه در بالا و پایین پره چشم پوشی شده است. برای حل عددی معادلات از نرم افزار فلوئنت استفاده شده و معادلات میانگین گیری شده جزئی ناویر-استوکس (پنس) با استفاده یو – دی – اف به نرم افزار فلوئنت اعمال شده است. نتایج بدست آمده از روش پنس با نتایج تجربی موجود و نتایج مدل های دو معادله ای رنس در تحقیقات دیگر مقایسه شده که نشان میدهد روش پنس تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی داشته و همچنین نسبت به مدل های دو معادله ای رنس دقیق تر است.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Thermal Non-Equilibrium Similarity Solution for Nanofluid Boundary Layer in a Porous Mediumحل تشابهی لایهمرزی نانو سیال در محیط متخلخل در حالت عدم تعادل حرارتی28129055110.22060/mej.2016.551FAمحسننظریدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرودJournal Article20130815In the present study , we have investigated the external free convection of a nanofluid near a vertical heated surface embedded in a saturated porous medium using the thermal non - equilibrium assumption. The vertical surface has a linear temperature distribution with a uniform mass suction or injection. Assuming the Brownian motion and thermophoresis as the primary driving mechanisms of free convection of the nanofluid , suitable volume averaged equations are employed. We have also followed similarity solution method for transforming the governing equations in to the ordinary differential equations. The new set of ordinary equations is solved numerically by the Shooting method and the flow and temperature fields are determined completely. The obtained numerical results are employed for calculating the Nusselt numbers for both the solid and liquid phases in the physical domain. Moreover , the Sherwood number for the nanoparticles is determined over a wide range of parameters.در این مطالعه جابجایی آزاد نانوسیال در مجاورت یک صفحه گرم عمودی و در محیط متخلخل در حالت عدم تعادل حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع دمای صفحه به صورت خطی تغییر میکند و اثر مکش و دهش روی مساله به طور کامل بررسی شده است. در این بررسی فرض شده است که حرکت براونی و ترموفورز مکانیزمهای محرک برای جابجایی آزاد نانوسیال در فیزیک مورد مطالعه است. با استخراج پارامتر تشابهی مناسب، معادلات حاکم با استفاده از روش تشابهی به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل، و به روش عددی حل شدهاند. حل تشابهی معادلات حاکم بر مساله در محیط متخلخل با وجود نانوسیال و جملات غیرخطی مانند ترموفورز از نوآوریهای مقاله حاضر است. در این بررسی، میدانهای جریان و دما تعیین شده و عدد ناسلت برای فازهای سیال و جامد محاسبه شدهاند. همچنین عدد شروود برای نانوذرات در گستره وسیعی از پارامترها تعیین شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Numerical Simulation of Dynamic Behavior of Falling Two Adjacent Droplets Using Lattice Boltzmann Methodشبیه سازی عددی رفتار دینامیکی سقوط دو قطره مجاور با استفاده از روش شبکه بولتزمن29130462510.22060/mej.2016.625FAسید اسماعیلموسوی تیله بنیدانش آموخته کارشناسی ارشد، رشته مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلموسیفرهادیاستاد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلکوروشصدیقیدانشیار، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلJournal Article20130120In the present study, falling a single droplet and two adjacent droplets under gravity force, in the vertical channel with side walls and for different situations of wall effects are simulated, using the inter molecular potential model of lattice Boltzmann method. Dynamic behavior of falling droplet is simulated. The simulation results are shown in the falling droplet with initial lateral position on the centerline (vertical axis of symmetry) of channel, the droplet has been moved down straight along the centerline with no lateral motion. For the falling movement of the droplet near wall, due to various effects on droplet, it has been diverted from its initial vertical axis. If Eotvos number is not very low (5در مقالهی حاضر با استفاده از مدل پتانسیل بین مولکولی روش شبکهی بولتزمن سقوط قطرهی منفرد و دو قطرهی مجاور یکدیگر در اثر نیروی وزن و در یک کانال عمودی با دیوارهای اطراف در شرایط متفاوت اثرات دیوار بررسی شده است. نتایج شبیهسازی نشان داده است، اگر مرکز قطرهی رها شده، در زمان اولیه روی محور تقارن عمودی کانال باشد، این قطره روی همان محور تغییر شکل میدهد و روی خط مستقیم حرکت میکند؛ اما اگر در نزدیکی دیوار رها شود، به علت اثرات گوناگون، قطره از محور عمودی اولیهاش منحرف شده واگر عدد بی بعد اتوس خیلی پایین نباشد (Eo>5) حرکت نوسانی ایجاد میشود که با افزایش عدد بیبعد اتوس دامنهی این نوسانات افزایش مییابد. اگر دو قطره که مرکز آنها روی محور عمودی کانال با ارتفاع متفاوت قرار دارد رها شوند، به علت کاهش نیروی درگ در قطرهی بالایی در نهایت با هم برخورد کرده و تشکیل یک قطرهی بزرگتر میدهند. در بخش پایانی مقاله نشان داده شد که اگر دو قطره در راستای عمودی و افقی متفاوت نسبت به هم رها شوند، تحت تاثیر اثرات نامتقارنی، تنشهای ویسکوز و ساختارهای پیچیدهی جریان و گردابههای اطراف قطرهها پدیدههای جالبی مانند برخورد نامتقارن در عدد اتوس پایین و کشیده شدن قطرهی بالایی در عدد اتوس بالا مشاهده میشود.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Experimental Investigation of Effect of H Type Tail on Aerodynamic Coefficients of Aircraft Model, With and Without External Fuel Storeبررسی تجربی اثر دم H شکل روی ضرائب آئرودینامیکی یک مدل هواپیما با و بدون مخزن سوخت خارجی30531465910.22060/mej.2016.659FAابراهیمگشتاسبی راداستادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شیرازسید محسناعتصامی رنانیکارشناس ارشد آیرودینامیک، شرکت صنایع هواپیماسازی ایران، اصفهانJournal Article20130529Tail is one of the main components of aircraft to provide stability, control and trim. As yet, different type of Tails are designed and produced by manufacturers that each one has specific advantages. Since each tail has its own desired aerodynamic properties; it must stabilize, trim and control the aircraft. In this research, the effect of H type tail on aerodynamic coefficient of an aircraft is investigated experimentally using wind tunnel. Tests are done in incompressible wind tunnel of Aerospace Central Research made by ISI Company at Reynolds numbers 5300000, 720000, and 800000. The size of model is one fifth of a small aircraft which an external fuel tank is mounted under each wing. This model has control surfaces such as: ruder and elevator with variable angles. Results show the variation of aerodynamic coefficients and stability domain with attack angle of the aircraft model without external fuel store and zero angle of attack and with external fuel tank.دم یکی از ارکان اصلی هواپیماست که وظیفه تریم، پایداری و کنترل هواپیما را بر عهده دارد. تا کنون انواع مختلفی از دم طراحی و ساخته شده است که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند. هر نوع دم علاوه بر ویژگیهای آیرودینامیکی مطلوب، باید پایداری لازم را ایجاد نموده و توانایی کنترل و تریم هواپیما را داشته باشد. آنچه در این پژوهش مطرح شده است بررسی اثرات دم H شکل بر ضرایب آیرودینامیکی هواپیما به همراه مخزن سوخت خارجی با استفاده از تستهای تونل باد میباشد. آزمایشات در تونل باد تراکم ناپذیر مرکز تحقیقات هوا فضا ساخت کارخانه ISI ایتالیا در سه عدد رینولدز 530000 ، 720000 و 800000 انجام شده است. مدل مورد استفاده در این مجموعه تست، مقیاس یک پنجم از یک نمونه هواپیمای کوچک است که امکان نصب یک فروند مخزن سوخت خارجی در زیر هر بال آن (مجموعاً دو فروند در زیر دو بال) وجود دارد. این مدل دارای سطوح کنترلی شامل رادر و الویتور با قابلیت تغییر زوایا می باشد. نتایج، تغییرات پارامترهای آئرودینامیکی و محدوده پایداری را نسبت به زاویه حمله بدون مخزن سوخت و بدون زاویه حمله و با مخزن سوخت نشان می دهد.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Experimental study of stability of V-shaped flame in a premixed swirl burnerبررسی تجربی پایداری شعله V شکل در یک مشعل چرخشی پیش آمیخته31532261910.22060/mej.2016.619FAسید عبدالمهدیهاشمیدانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان0000-0001-7169-7173مجیدحاجیزادهکارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشانJournal Article20131117In this work, stability of V shaped flame in a premixed swirl burner is studied. The effect of firing rate (input energy per unit area), equivalence ratio and axial velocity of fuel and air mixture on the stability of a V shaped flame is studied. For swirl generation, a 45o angle swirler is used in the air inlet, which yields a flow with a swirl number of 0.78. Observations show that V shaped flame is formed in a lean mixture of fuel and air (). When firing rate increases, it is observed that flow velocity at V flame formation instant is independent of flow rate and increases linearly from 1 m/s to 5 m/s. flame lift off occurs in larger equivalence ratio and mixture velocity when firing rate increases. With increasing mixture velocity, flame quenching occurs in smaller equivalence ratios and larger firing rates. Hence, stability limit of V flame increases with increasing cross section.در این تحقیق پایداری شعله V شکل در یک مشعل چرخشی پیش آمیخته مطالعه شده است. اثر نرخ آتش (نرخ انرژی ورودی بر واحد سطح)، نسبت هم ارزی و سرعت محوری جریان مخلوط سوخت و هوا بر پایداری شعلهی چرخشی V شکل بررسی شده است. برای ایجاد چرخش از چرخانندهای با زاویهی چرخش 45 درجه در مسیر هوای ورودی استفاده شده که منجر به ایجاد یک جریان چرخشی با عدد چرخش برابر78/0 شده است. مشاهدات نشان میدهد که شعلهی چرخشی V شکل در مخلوط رقیق سوخت و هوا (1> fi) تشکیل میشود. با افزایش نرخ آتش، سرعت جریان مخلوط در لحظهی تشکیل شعلهی چرخشی V مستقل از دبی جریان بوده و در محدودهی m/s1 تا m/s 5 به صورت خطی نسبت به نرخ آتش افزایش مییابد. برخاستگی شعله نیز با افزایش نرخ آتش در سرعت جریان و نسبت هم ارزی بالاتری رخ می دهد. بررسی خاموشی شعله نشان می دهد که با افزایش سرعت مخلوط ورودی خاموشی در نسبت هم ارزی کمتر و نرخ آتش بیشتری اتفاق می افتد. بدین ترتیب محدوده پایداری شعله V با افزایش دبی جریان افزایش مییابد.دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603248320160922Solvent Shifting Approach for Droplet Generation in a Microfluidic Deviceروش جابجایی حلال برای تولید قطره در سامانه ریزسیالی32332966110.22060/mej.2016.661FAرامینحاجیاندانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی دارمشتات، آلمان0000-0003-0040-0664آشیشداگادانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، موسسه فناوری هند )اشتفنهارتاستاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی دارمشتات، آلمانJournal Article20150721A novel approach for microfluidic droplet generation via “solvent shifting” is presented in this paper based on an experimental investigation. In a 3D co-flow configuration with a jet of ethanol/oil mixture surrounded by water flow, the lateral diffusion leads to supersaturation followed by a phase separation and consequently formation of oil nanodroplets. Due to the solutal Marangoni effect the nanodroplets migrate inward and they get collected at the channel centerline. For high concentrations of the oil the density of the nanodroplets is so high that they can merge and produce microdroplets. If the mixture contains 10% oil, the average diameter of the produced microdroplets is within the range 10-30 µm for various jet flow rates. The size of microdroplets increases with the flow rate of the jet. Overall, for the first time we show that it is practical to generate microdroplets of different sizes by solvent shifting approach in a microfluidic setup.در این مقاله یک روش جدید تولید قطره در سامانه ریزسیالی از طریق سازوکار «جابجایی حلال» ، برمبنای یک تحقیق تجربی ارائه می-شود. به این منظور از یک سامانه با ساختار سه بعدی همجریان متشکل از یک جریان میانی (جت) و یک جریان بیرونی استفاده می-شود. محلولی از اتانول و روغن به صورت جت جریان دارد که با جریان آب احاطه شده است. انتقال جرم به صورت پخش ملکولی در راستای شعاعی سبب ایجاد حالت اشباع و در ادامه موجب جدایش فاز به صورت تشکیل نانوقطرات می شود. به دلیل وجود اختلاف غلظت در راستای شعاعی کانال، نانوقطرات تحت تاثیر جابجایی مارانگونی به سمت مرکز کانال حرکت میکنند و در آنجا تجمع می-کنند. در صورتیکه غلظت روغن به قدر کافی زیاد باشد تعداد نانوقطرات تولید شده و جمع شده در مرکز کانال به قدری افزایش مییابد که با هم برخورد کرده و قطراتی با قطر بالای 10 میکرومتر تشکیل می شوند. چنانچه غلظت روغن در محلول 10% باشد، قطرات تولید شده قطر متوسط بین 10 تا 30 میکرومتر خواهند داشت. اندازه میکروقطرات با افزایش دبی جت افزایش مییابد.