T接合マイクロ流体システムによる二相流における界面進展と液滴ピンチオフ機構のコンピュータ解析【JST・京大機械翻訳】

Venkateshwarlu Akepogu; Bharti Ram Prakash

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202201907840042 整理番号：22P0284742

T接合マイクロ流体システムによる二相流における界面進展と液滴ピンチオフ機構のコンピュータ解析【JST・京大機械翻訳】

Computational analysis of interface evolution and droplet pinch-off mechanism in two-phase liquid flow through T-junction microfluidic system

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発行年： 2022年02月04日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2022年02月04日
JST資料番号： O7000B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

※このプレプリント論文は学術誌に掲載済みです。なお、学術誌掲載の際には一部内容が変更されている可能性があります。

本研究は,直交流マイクロ流体デバイスによる二相流における液滴形成の界面進化とピンチオフ機構を探究した。二次元数学モデル方程式を,広い範囲の流量(Q_r=0.1~10)および固定接触角(θ=135 ̄o)に対して,スクイージング領域(Ca_c<10 ̄-2)下の有限要素法を用いて解いた。液滴形成プロセスを,相プロファイルにおける界面進展の微視的可視化を通して,初期,充填,スクイージング,ピンチオフおよび安定液滴として,種々の瞬間段階に分類した。界面の動力学と両相における点圧力をさらに得て,議論した。連続相の最大圧力はQrと共に直線的に変化した。液滴ピンチオフ機構を,スクイージングとピンチオフステージの間の曲率(R_c,min)とネック幅(2r)の局所半径を決定することによって完全に解明した。ピンチオフ点では,R_c,minおよび2rの両方がQ_rに非線形に関連する。さらに,界面曲率に作用するLaplace圧力(p_L)を解析することにより,界面曲率に作用して,(a)両相における圧力センサ,(b)曲率の局所半径,および(c)最小曲率半径を用いて,界面のトポロジー力学を調べた。本研究から得られた洞察は,エマルション中の単分散液滴を発生させるためのマイクロ流体デバイスのモデルおよびプロトタイプの設計に確実に使用でき,液滴崩壊機構はピンチオフモーメントの正確な予測を助けるであろう。提案した知識は,高速(10 ̄5fps)および高分解能(10μmピクセルサイズ)カメラによる実験フロー可視化と等価である10μmの精度および10μmの分解能に対する界面進化および液滴ピンチオフの詳細な洞察を提供する。【JST・京大機械翻訳】

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膜流,液滴,気泡,キャビテーション , 装置内の流れ

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