Dissertação

{pt_PT=Numerical Study of Newtonian Fluids Mixing in an Asymmetric Micromixer with Pulsed Flow } {} EVALUATED

{pt=Os recentes avanços tecnológicos realizados na área da micro fabricação levaram à criação e desenvolvimento de dispositivos microfluídicos capazes de operar com pequenas porções de fluido. De entre estes dispositivos encontram-se os micro misturadores, pequenos dispositivos cujo objectivo é homogeneizar uma solução de fluidos. O maior entrave reside no facto de que, dadas as reduzidas dimensões características destes dispositivos, na ordem das centenas de micrómetros, os regimes laminares prevalecem. Como resultado, a difusão molecular, ao invés da turbulência, domina o processo de mistura, sendo assim despendidos grandes intervalos de tempo em sistemas LOC. Para superar este problema, foram numericamente estudados os efeitos provenientes do escoamento pulsado, num micro misturador de perfil T assimétrico, através da introdução de caudais de água em cada entrada, em forma de ondas quadradas, disfasados em 180º. Os principais parâmetros analisados são a variação do caudal médio à saída e as variações da frequência e amplitude das ondas pulsadas nas entradas. Os resultados mostram a existência de um número de Strouhal óptimo que conduz a um pico na qualidade da mistura, situado entre 0.10 e 0.20. Relativamente ao aumento da amplitude, os resultados permitem concluir que a qualidade da mistura melhora, sobretudo devido à criação de um vórtice no canal de entrada mais largo do misturador. Por fim, o aumento do número de Reynolds para um número de Strouhal constante também aumenta a qualidade da mistura, visto que caudais de entrada com maiores energias cinéticas associadas levam à geração de estruturas no escoamento mais fortes. , en=The rapid development of micro fabrication processes has raised an urge to create and enhance efficient microfluidic devices capable of handling small amounts of fluid. Amongst these devices stand the micromixers, tiny devices whose objective is to homogenize a solution of fluids. The main problem resides on the fact that, given the reduced dimensions of such devices, in the order of thousands of micrometers, laminar regimes prevail. As a result, molecular diffusion, rather than turbulence, dominates the mixing process, consuming a majority of the time in LOC systems. To overcome this issue, it has been applied a pulsed flow, namely water, on an asymmetric T-shaped micromixer, using a numerical approach, by pumping a square wave on each inlet, phase out by an angle of 180º. Three main parameters are analysed: the variation of the mean flow rate and the variation of frequency, both at a constant maximum to minimum flow rate ratio, and the variation of the pulse amplitude, at a fixed mean flow rate and frequency. The results have shown the existence of an optimal Strouhal number leading to a mixing quality peak, situated between 0.10 and 0.20, which varies with the Reynolds number. Regarding the increase of amplitude, results have shown mixing quality improvements, consequence of the vortex generated at the wider inlet. The increase of the Reynolds number for a fixed Strouhal number also improves the mixing quality, since higher kinetic energies associated to the input flows lead to the generation of stronger flow structures. }
{pt=Micro Misturador de perfil T Assimétrico, Escoamento Pulsado, Onda Quadrada, número de Strouhal, número de Reynolds, Amplitude, en=Asymmetric T-shaped Micromixer, Pulsed Flow, Square wave, Strouhal number, Reynolds number, Amplitude}

Junho 26, 2019, 0:0

Orientação

ORIENTADOR

Aires José Pinto dos Santos

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Viriato Sérgio De Almeida Semião

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado