Dissertação

{en_GB=Microdroplet formation and flow characteristics of water and nanofluids in microfluidic channel} {} EVALUATED

{pt=A geração de microgotas num ambiente altamente controlável, como os canais microfluídicos, tem sido amplamente estudada nas últimas décadas devido à sua extensa gama de aplicações. No entanto, a sua dinâmica não é totalmente compreendida e a aplicação de nanofluidos na sua formação não tem recebido muita atenção. Neste âmbito, duas geometrias em T foram fabricadas em polidimetilsiloxano, usando métodos de litografia suave, com diferentes razões de aspecto de 0.335 e 0.176, e igual razão de largura de 1, para serem testados. As imagens das experiências foram obtidas com uma câmara CMOS monocromática, montada num microscópio. O processo de formação de microgotas foi caracterizado para os regimes de squeezing, transição e dripping, com uma fase contínua de óleo mineral com 1% em massa de Span 80 e uma fase dispersa de água destilada, para números Capilares entre 0.002 e 0.3 e razão de caudais entre 0.01 e 0.8. Verificou-se que o volume adimensionalizado aumentou com a razão de caudais e razão de aspecto, mas diminuiu com o número Capilar. Um ajuste linear verificou-se adequado para o regime de squeezing e um comportamento de potência para o regime de dripping. De seguida, foi estudada a adição de diferentes concentrações de nanopartículas de Al2O3 (0.01%, 0.025% e 0.1%) à água destilada. O volume adimensionalizado da gota aumentou com a concentração de nanopartículas para o regime transição, mas não se alterou significativamente para o regime de dripping. Isto foi atribuído à mudança nas propriedades físicas, especificamente um aumento na tensão interfacial e viscosidade., en=The generation of microdroplets in a highly controllable environment such as microfluidic channels has been widely studied in the last decades due to its large interdisciplinary range of applications. However, its dynamics are not fully understood and the application of nanofluids into droplet formation has not received much attention. Within this scope, two different T-shaped channels were fabricated in polydimethylsiloxane using soft lithography methods, with different aspect ratios of 0.335 and 0.176, and equal width ratio of 1, to be tested. The images of the experiments were acquired with a monochromatic CMOS camera, mounted on a microscope. The droplet formation process was characterized for the squeezing, transitional and dripping regimes, with a continuous phase of mineral oil with 1% w/w Span 80 and a dispersed phase of distilled water with w/w 0.05% fluorescent dye for Capillary numbers between 0.002 and 0.3 and flowrate ratios between 0.01 and 0.8. It was verified that the non-dimensional droplet volume increased with the flowrate ratio and aspect ratio but decreased with the Capillary number. A linear fitting was found appropriate for the squeezing regime, whereas a power-law behaviour adopted in dripping regime. Then, the addition of different concentrations of Al2O3 (0.01%, 0.025% and 0.1%) nanoparticles to the distilled water was studied. The droplet non-dimensional volume increased with the concentration of nanoparticles for the transitional regime but did not change significantly for the dripping regime. This was attributed to a change in the base fluid properties, specifically an increase in interfacial tension and viscosity.}
{pt=Microfluidica, Microcanais-T, Nanofluidos, Microfabrico, Microgotas, en=Microfluidics, T-junction, Nanofluids, Microfabrication, Microdroplets}

Novembro 14, 2019, 18:15

Orientação

ORIENTADOR

Sohel Murshed

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Assistant Professor

ORIENTADOR

Viriato Sérgio De Almeida Semião

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Associate Professor