Очистка микроканала внешним ламинарным потоком
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-3-05-13Ключевые слова:
метод случайных блужданий, осаждение частиц, микрофлюидные системы, очистка микроканаловАннотация
Работа посвящена исследованию процесса очистки микроканала, загрязненного осаждающимися на его стенки частицами примеси. Основной и самой распространенной причиной засорения микроканалов является сорбция частиц примеси стенками пор или «физическая сорбция». В настоящей работе описана задача о дрейфе твердых невзаимодействующих между собой частиц в микроканале, которые могут прилипать к его стенкам под действием сил Ван дер Ваальса и отрываться от стенки возникающим со стороны потока вязким напряжением. Между входом и выходом из канала задан постоянный перепад давления. В начальный момент времени стенки канала загрязнены налипшими частицами, т.е. стенки не ровные, что влияет на формирование структуры течения через канал. Со временем под действием вязких напряжений частицы отрываются от стенок канала, обусловливая его очистку. Учет взаимодействия оторвавшихся частиц с потоком производится в приближении Стокса. Кроме этого, в модели учтены случайные блуждания, вызванные диффузией. Задача решена численно в рамках модели случайных блужданий. Получена эволюция течения жидкости в канале при его очистке: поля функции тока, давления и завихренности. Определены зависимости концентрации осевших частиц от скорости потока и силы связи частиц со стенкой. Исследована зависимость расхода через поперечное сечение канала от концентрации осевших частиц. Произведены оценки времени очистки канала.Библиографические ссылки
Flowers B. S., Hartman R. L. Particle handling techniques in microchemical processes. Challeng-es, 2012, vol. 3, pp. 194–211.
Gothsch T. et al. Effect of microchannel geometry on high pressure dispersion and emulsification. Chemical Engineering and Technology, 2011, vol. 34, no. 3, pp. 335–343.
Frey J., Schmitz P., Dufreche P., Pinheiro I. G. Particle deposition in porous media: analysis of hydrodynamic and weak inertial effects. Transport in Porous Media, 1999, vol. 37, pp. 25–54.
Mays D. C., Hunt J. R. Hydrodynamic aspects of particle clogging in porous media. Environmental Science and Technology, 2005, vol. 39, pp. 577–584.
Sharp K., Adrian R. On flow-blocking particle structures in microtubes. Microfluidics and Nanofluidics, 2005, vol.1, pp. 376–380.
Agbangla G. C., Climent E., Bacchin P. Experimental investigation of pore clogging by microparticles: Evidence for a critical flux density of particle yielding arches and deposits. Separation and Purification Technology, 2012, vol. 101, pp. 42–48.
Gudipaty T., Stamm M. T., Cheung L. S., Jiang L., Zohar Y. Cluster formation and growth in microchannel flow of dilute particle suspensions. Microfluidics and Nanofluidics, 2011, vol. 10, no. 3, pp. 661–669.
Kim H., Arastoopour H. Extension of kinetic theory to cohesive particle flow. Powder Technology, 2002, vol. 122, pp. 83–94.
Marshall J. Particle aggregation and capture by walls in a particulate aerosol channel flow. Journal of Aerosol Science, 2007, vol. 38, pp. 333–351.
Klimenko L. S., Maryshev B. S. Numerical simulation of microchannel blockage by the random walk method. Chemical Engineering Journal, 2020, vol. 381, 122644.
Agbangla G. C., Climent E., Bacchin P. Numerical investigation of channel blockage by flowing microparticles. Computers and Fluids, 2014, vol. 94, pp. 69–83.
Shahzad K., DAvino G., Greco F., Guido S., Maf-fettone P. L. Numerical investigation of hardgel microparticle suspension dynamics in microfluidic channels: aggregation/fragmentation phenomena, and incipient clogging. Chemical Engineering Journal, 2016, vol. 303, pp. 202–216.
Elimelech M., Gregory J., Jia X. Particle deposition and aggregation: measurement, modelling and simulation. Охford: Butterworth-Heinemann, 2013. 458 p.
Batchelor G. K. Sedimentation in a dilute dispersion of spheres. Journal of Fluid Mechanics, 1972, vol. 52, no. 2, pp. 245-268.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
