 |
میکرومیکسرها بسته به زمان اختلاط و مقیاس طول مورد نیاز می توانند استاتیک یا پویا باشند. برای میکسرهای استاتیک، عدد رینولدز باید به میزان مناسبی بالا باشد تا اختلاط با اغتشاش افزایش یابد. اغلب میکرومیکسرها به دلیل اندازه مشخصه کوچکشان در رژیم جریان آرام کار می کنند. میزان انتشار یک املاح در سیال جاری نیز ممکن است بسیار کم باشد، در حد 10-10 متر مربع/s. این منجر به اختلاط مقیاس‌های طولی به ترتیب متر می‌شود – که به وضوح برای دستگاه‌های میکرومقیاس غیرقابل قبول است. یکی از راه های کاهش این مشکل افزودن عناصر مخلوط کننده برای القای گردابه در جریان است. یک میکسر دینامیک از تیغه های چرخان برای بهبود فرآیند اختلاط استفاده می کند که امکان استفاده از دستگاه های مقیاس کوچکتر را فراهم می کند. یکی از معایب بزرگ مخلوط کن دینامیک این است که قطعات متحرک مورد نیاز است.
این مثال چگونگی اختلاط بین ذرات میکروسکوپی را در یک میکرومیکسر بررسی می کند. ذرات از طریق 3 ویژگی ورودی وارد میکسر شده و از طریق ویژگی خروجی خارج می شوند . ذرات از طریق ورودی ها در یک جریان پیوسته وارد حوزه مدل سازی می شوند. مجموعه جدیدی از ذرات هر 50 میلی ثانیه به مدت یک ثانیه آزاد می شود. پس از این، هیچ ذره دیگری آزاد نمی شود اما مدل برای یک ثانیه اضافی حل می شود. برای هر ورودی رهاسازی و هر زمان رهاسازی، 50 ذره با سرعت اولیه برابر با سرعت سیال آزاد می شود، بنابراین در مجموع 3150 × 50 × 3 × 21 آزاد می شود.
هندسه مجموعه ای است که شامل حوزه های ثابت و دوار است. ذرات آزادند تا از مرز جفت بین حوزه های ثابت و متحرک عبور کنند، به گونه ای که گویی نامرئی هستند، مشروط بر اینکه ویژگی Pair Continuity در رابط ردیابی ذرات برای جریان سیال استفاده شود.
علاوه بر نیروی پسا، نیروی جرم مجازی اختیاری F vm و نیروی گرادیان فشار F p روی ذره را نیز می توان در نظر گرفت. این نیروها به این صورت تعریف می شوند
و ρ (واحد SI: kg/m 3 ) چگالی سیال است. در معادله 1 مشتق d / d t یک مشتق ماده (یا کل) در جهت سرعت ذره است و D / D t یک مشتق ماده در جهت سرعت سیال است. یعنی برای یک فیلد برداری دلخواه f ،
هنگامی که چگالی فاز ذره بسیار بیشتر از چگالی فاز سیال است، معمولاً می توان از جرم مجازی و نیروهای گرادیان فشار چشم پوشی کرد، همانطور که برای ذرات جامد در گاز صادق است. با این حال، اگر ذرات در یک مایع باشند، این نیروها ممکن است به همان ترتیب بزرگی نیروی پسا نزدیک شوند. هنگامی که جریان ساکن نیست باید به این نیروها توجه ویژه ای کرد، زیرا هر کدام به مشتقات مکانی و زمانی میدان سرعت سیال بستگی دارند.
میدان جریان با استفاده از رابط جریان لایه ای محاسبه می شود. نیروی وارد شده به سیال از ذرات در این مدل نادیده گرفته شده است. بنابراین، می توان میدان جریان را تنها در یک مطالعه حل کرد، سپس از یک مطالعه جداگانه برای محاسبه مسیر ذرات بر اساس آن میدان جریان استفاده کرد. این معمولاً رویکرد توصیه شده است، اگر این زمینه از یک مطالعه ثابت محاسبه شود . در این مورد، گذراهای بسیار قوی در مدل وجود دارد، به این معنی که اگر مدل به صورت متوالی حل شود، باید تعداد زیادی از مراحل زمانی ذخیره شود. حل مسیر ذرات و میدان جریان در یک مرحله مطالعه وابسته به زمان جذاب تر است.
این دنباله هندسی به عنوان یک مجموعه به جای یک اتحاد در نظر گرفته می شود، به طوری که مش در حوزه داخلی حاوی تیغه های اختلاط می تواند آزادانه بچرخد. برای جریان سیال، ویژگی تداوم جریان باید در مرزهای جفت خارج از حوزه چرخشی اضافه شود. برای ردیابی ذرات، ویژگی پیوستگی ذرات باید روی جفت استفاده شود. مش باید روی رابط ثابت/لغزنده کاملاً خوب باشد تا حرکت سیال پیوسته بماند. مش استفاده شده در این مدل در شکل 2 نشان داده شده است .
مکان ذرات در عکس های فوری مختلف در زمان در شکل 3 نشان داده شده است . رنگ ذرات برای هر ورودی ذره متفاوت است ، که به راحتی اجازه می دهد تا اثر اختلاط را تجسم کند. ذرات به طور معمول از ورودی ها به داخل راه می یابند و مانند سرعت سیال، شروع به گرفتن نیمرخ سهموی می کنند. ذرات وارد شده از سمت چپ (ذرات آبی) سپس به دلیل وجود تیغه های چرخان به سمت پایین جاروب می شوند. با این حال، تعداد کمی از این ذرات آزاد شده در زمان‌های بعدی در واقع در جهت عقربه‌های ساعت حرکت می‌کنند، بسته به موقعیت دقیق تیغه‌ها زمانی که برای اولین بار وارد میکسر می‌شوند.
ذرات وارد شده از سمت راست (قرمز) به سمت بالا جاروب می شوند، اما برخی از ذرات به دلیل تکانه ای که از سیال اطراف به دست می آورند، از خروجی عبور می کنند. در حدود 0.6 ثانیه، ذرات از ورودی پایین (سبز) شروع به رسیدن به خروجی نیز می کنند. اختلاط سه جریان ذره حتی پس از توقف ورود ذرات جدید به دامنه در 1 ثانیه ادامه می یابد. این به این دلیل است که پس از پایان یافتن جریان ذرات، مایع از تمام ورودی‌ها به داخل جریان می‌یابد، و به این دلیل که تیغه‌های اختلاط به چرخش خود ادامه می‌دهند.
2 |
4 |
واسط Rotating Machinery, Laminar Flow مستلزم وجود یک جفت بین حوزه ثابت و دوار است. برای این کار از گزینه Assembly استفاده کنید . این به طور خودکار مرزهای جفت بین دامنه ثابت و چرخان ایجاد می کند.
5 |
ساده ترین راه برای انتخاب این مرزها این است که متن ’15-18, 33-36′ را کپی کنید، در کادر انتخاب کلیک کنید و سپس Ctrl+V را فشار دهید . همچنین، روی دکمه انتخاب چسباندن کلیک کنید و اعداد مرزی را در کادر محاوره‌ای که ظاهر می‌شود تایپ یا جای‌گذاری کنید.
حالا یک تابع Ramp برای سرعت ورودی تعریف کنید. شرط مرزی برای سرعت ورودی باید با شرایط اولیه سرعت مطابقت داشته باشد. سرعت اولیه در این مدل صفر خواهد بود بنابراین سرعت ورودی باید از صفر به حداکثر مقدار خود در یک دوره زمانی معین افزایش یابد. در این حالت زمان رمپ 0.01 ثانیه است. برای رسیدن به این هدف از تابع رمپ با شیب 100 استفاده می شود ، یعنی تابع رمپ پس از 0.01 ثانیه به حداکثر مقدار خود می رسد.
اکنون که تابع Ramp تعریف شده است، یک عبارت برای سرعت ورودی ایجاد کنید که بیش از 0.01 ثانیه افزایش می یابد.
1 |
یک ویژگی اضافه کنید که دامنه چرخش را مشخص می کند. سرعت چرخش نیز مشخص شده است، در این مورد یک دور در واحد زمان. این بدان معناست که سیستم تیغه یک چرخش کامل (360 درجه) در ثانیه انجام می دهد.
1 |
1 |
6 |
اکنون برای هر ورودی یک جریان از ذرات در ثانیه اول تعریف کنید، با 50 ذره در هر ورودی و یک رهاسازی جدید در هر 50 میلی ثانیه. تعریف 3 ویژگی ورودی مجزا باعث بهبود تجسم در طول پردازش نتایج می شود.
5 |
متغیر از پیش تعریف شده fpt.prf می تواند برای قرار دادن رنگ ها بر روی یک ذره بر اساس ورودی که در آن ظاهر شده است استفاده شود. این به شما اجازه می دهد تا اثر اختلاط بین سه ورودی را تجسم کنید.
1 |
2 |
می توانید با انتخاب مقادیر مختلف برای زمان، نتایج را در شکل 3 بازتولید کنید. یک راه بهتر برای تجسم نتایج این است که روی دکمه Player کلیک کنید ، در این صورت می توان دستورالعمل های زیر را نادیده گرفت.
