Microchannel cleaning by the external laminar flow
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-3-05-13Keywords:
random walk method, particle deposition, microfliudic systems, microchannel cleaningAbstract
The paper is devoted to study of the cleaning a microchannel contaminated by solute particles deposited on channel walls. The main and the most common cause of microchannel clogging is sorption of solute particles on channel walls or “physical sorption”. In this paper, we study the problem of the drift of solid non-interacting particles into a microchannel, which can stick to its walls due to Van der Waals interactions and break away from the wall due to viscous stress. A constant pressure drop is fixed between the inlet and the outlet of the channel. At the initial time moment, the channel walls are contaminated with adhering particles, i.e. the form of walls affects the formation of the flow structure through the channel. Over time, under the action of viscous stress the particles detach from the channel walls, thus cleaning occurs. The interaction of the detached particles with the flow is taken into account within the Stokes approximation. In addition, the model takes into account random walks caused by diffusion. The problem is solved numerically in the framework of the random walk model. The evolution of the fluid flow in the channel during its cleaning is obtained. The dependences of the concentration of settled particles on the flow rate and the strength of the Van der Waals interaction between particle and wall are determined. The dependence of the flow rate through the channel cross section on the concentration of settled particles was investigated. The channel cleaning time was estimated.References
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.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
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.
