روح اله فاتحی

موضوع اصلی مورد بحث در این رساله، بررسی عددی جریان سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی در داخل یک مخلوط کننده میکرو فعال در حالت اختلاط سیالات مخلوط پذیر میباشد. روش حل، روش لاگرانژی "هیدرودینامیک ذرات هموار" انتخاب شده است. معادله بقای جرم و معادله ناویر استوکس برای شبیه سازی جریان سیال، حل معادله غلظت برای بررسی میزان اختلاط و مدل قاعده توانی برای مدل سازی سیال غیرنیوتنی معرفی شده است. در این رساله یک الگوریتم خوشرفتار عددی برای محاسبات ارائه میشود که دارای توانایی حذف نوسانات غیرفیزیکی روش هیدرودینامیک ذرات هموار است. این الگوریتم از عواملی چون کوپلینگ مجدد سرعت و فشار، مصححهای پیشرفته تابع کرنل، تابع جابجایی ذرات و دو نوع انفصال مرتبه دوم برای بهبود روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم پذیر ضعیف استفاده میکند. علاوه بر روش تراکم پذیر ضعیف ارائه شده یک حلگر تراکم ناپذیر نیز در کد محاسباتی پیاده سازی شده است. سپس با استفاده از این الگوریتمها، مخلوط کننده در حالت محفظه بسته و محفظه باز (دارای ورودی و خروجی) امتحان شد. در حالت محفظه بسته، برای حالت تکپره و دوپره اثر سرعت زاویه دوران پره بر میزان اختلاط بررسی و شکل مناسب محفظه تعیین شده است. موارد ذکر شده برای سیال غیر نیوتنی نیز امتحان و علاوه بر آن، اثر ضریب توانی سیال توانی بر میزان اختلاط نیز بررسی گردیده است. در حالت محفظه باز نیز اختلاط سیال در حالت نیوتنی و غیر نیوتنی بررسی شده است. مهمترین پارامتری که در تمام بررسیها مورد توجه قرار گرفته است، اثر فرکانس حرکت پره بر میزان اختلاط است. تحلیل ابعادی و رعایت اصول استخراج نتایج بر اساس گروههای بدون بعد، شاخصه اصلی این رساله است. سپس الگوریتم محاسباتی برای حالتی که تغییرات چگالی و لزجت را نیز شامل شود تعمیم داده شده است. بررسیها برای نسبت چگالی و نسبت لزجت لگاریتمی مختلف صورت گرفته و اثر هر کدام بر میزان اختلاط تعیین شده است. در نهایت، با ترکیب جریان محوری و جریان در محفظه دایروی، یک پمپ مخلوطکننده میکرو ارائه شده که دارای خصوصیات منحصر به فردی است؛ این مخلوط کننده به جز دوران پرهها هیچ نیازی به انرژی ورودی برای به حرکت درآوردن سیال در کانال ندارد و بدون اینکه نیاز باشد در محفظه پرهها اختلاط مناسبی ایجاد شود، در خروجی اختلاط کافی و مناسب را ایجاد میکند