Αριθμητική ανάλυση της ροής σε μικροανάμικτη τύπου Τ με εσωτερική διαμόρφωση σειράς διαφραγμάτων και διερεύνηση της βέλτιστης γεωμετρίας

Abstract

Σε αυτή την διπλωματική εργασία παρουσιάζονται διάφορα συστήματα και τεχνικές μικροανάμιξης που εμφανίστηκαν και χρησιμοποιούνται έως και σήμερα με παραλλαγές και βελτιώσεις. Γίνεται εμβάθυνση στην διαδικασία ανάμιξης, όπου αξιοποιείται η μοριακή διάχυση ή το φαινόμενο Dean, ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε δομής. Επιπλέον, εντοπίζεται η αποδοτικότητα του κάθε μικροαναμίκτη, με στόχο την χρήση του σε υβριδικά μοντέλα μικροανάμιξης τα οποία συνδυάζουν νέες τεχνολογίες με συμβατικές. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, επιχειρείται αριθμητική επίλυση της ροής σε μικροαναμίκτη τύπου T, με έναν γνωστό εμπορικό κώδικα CFD, με σκοπό την σύγκριση των διαφορετικών δομών που δημιουργούνται με διαμόρφωση εμποδίων – διαφραγμάτων στο μικροκανάλι ανάμιξης και τη μελέτη της συμπεριφοράς και της απόδοσής τους σε ένα ευρύ φάσμα αριθμού Reynolds. Επίσης, διερευνάται η βέλτιστη εσωτερική διάταξη των διαφραγμάτων (βέλτιστο μήκος τους κάθετα στη ροή και βέλτιστη μεταξύ τους απόσταση), με κριτήριο τη μεγιστοποίηση του βαθμού ανάμιξης και την ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας (πτώση πίεσης).

In this dissertation we present various systems and techniques of micromixing that initially were presented and still being used until today with some variants even improvements. We get deeper into the mixing process, byexploiting the molecular diffusion or Dean phenomenon, while simultaneously we present the advantages and the disadvantages of each structure. Moreover, the efficiency of each micromixer is being located, aiming to be used in hybrid micromixing models, were new technologies are being combined with conventional. On the second part of this dissertation, a numerical solution of flow in a micromixer type T (know with the commercial code CFD), isbeing attermpted in order to compare the different structures that are created with configuration of obstacles - diaphragms in the microchannel of mixture. We also examine the dehavior and the performance of those structures, into a wide renge of the Reynolds number. In addition, we examine the optimal internal provision of diaphragms (diaphragms optimal length vertical at the flow and optimal from each other distance), with criterion at the same time the maximization of the degree of mixing and the minimization of energy losses (pressure drop).