Experimental study on the electrohydrodynamic instability between two immiscible liquids flowing in a microchannel
Bir mikrokanalda akan birbirine karışamayan iki sıvı arasındaki elektrohidrodinamik dengesizlik üzerine deneysel çalışma
- Tez No: 474316
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bu çalışmanın amacı birbirine karışamayan Newtonyen iki sıvı arasındaki elektrohidrodinamik dengesizliği deneysel olarak incelemektir. İki birbirine karışmayan sıvı laminar rejimde akarken; aralarında düz bir arayüzey oluşur. Eğer sisteme elektrik alan uygulanırsa, arayüzey biçimsizleşebilir, başka bir deyişle kararsız hale gelebilir. Elektrohidrodinamik dengesizlik olarak adlandırılan, arayüzeydeki bu kararsızlık mikro damlacık oluşturmak için kullanılır. Bu çalışmada, elektrotlu mikrokanal üretim yöntemleri tartışıldı. PMMA üzerine çift taraflı iletken bant ve iletken olmayan tek taraflı bantla; 350 μm derinliğinde, 1.1 mm genişliğinde, elektrot uzunluğu 10 mm'lik ve toplam uzunluğu 20 mm'lik bir mikrokanal üretildi. Farklı viskozitelerde silikon yağı ve etilen glikol şırınga pompası yardımıyla kanalın içine enjekte edildi ve 200 ile 1600 V aralığında bir DC elektrik alanı akış yönüne dik olarak uygulandı. Sıvı çifitinin toplam debi, viskozite oranı ve debilerinin oranı gibi parametrelerin, arayüzeyin dengesizleşmeye başladığı kritik voltaj üzerindeki etkisi incelendi. Sonra toplam debinin, arayüzeyin damlacık oluşturmak üzere bozulması için geçen zamanın üzerindeki etkisi analiz edildi. Son olarak, her parametrenin çeşitli voltajlardaki damlacık boyutu üzerine olan etkisi incelendi. Toplam debinin kritik voltaj üzerinde hiç bir etkisi yokken, silikon yağının etilen glikole göre olan viskozite veya debilerinin oranındaki artışın, arayüzey üzerinde kararlaştırıcı bir etkisi olduğu gözlemlendi. Başka bir deyişle, kararsızlık için daha yüksek bir voltaja ihtiyaç duyuldu. Bununla beraber, toplam debinin artışının, arayüzeyin duvara çarpma süresini kısalttığı ve damlacık boyutunu küçülttüğü gözlemlendi. Ayrıca, damlacık boyutları, uygulanan voltajdaki, viskozite oranındaki veya toplam debideki bir artma ile ya da debilerinin oranındaki bir azalma ile 0.1 µL'ye kadar küçülmektedir. Bu gözlemlere ek olarak, kritik elektrik sayısının ve damlacık boyutunun hesaplanması için iki tane ve kritik voltajdaki damlacık boyutunun hesaplanması için de bu iki modelin birleşmesi olan bir tane deneysel model kuruldu.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to investigate experimentally the electrohydrodynamic instability between two Newtonian immiscible liquids in a microchannel. When two immiscible liquids flow in laminar regime, a flat interface is formed between them. If an electric field is applied on the system, the interface may deform, i.e. may become unstable. This instability, called electrohydrodynamic instability (EHD) is used for forming mono dispersed droplets. In this study, the fabrication methods of microchannels with electrodes are investigated. A microchannel of depth 350 μm, width 1.1 mm, electrode length 10 mm, and total length 20 mm, with double sided conductive and non-conductive tape on PMMA is fabricated. Silicone oil with different viscosities and ethylene glycol are injected into the channel via a syringe pump and a DC electric field in the range of 200-1600 V is applied normal to the flow direction. The effect of the parameters such as the flow rate ratio, depth ratio, viscosity ratio and the total flow rate of the liquid couple, on the critical voltage at which the interface starts to destabilize is investigated. Then the effect of total flow rate on the time elapsed for the interface to be ruptured to form droplets by hitting the wall of the channel is analyzed. Finally, the effect of each parameter on the size of droplets at various voltages is investigated. It is observed that an increase in the viscosity or the flow rate ratio of the silicone oil to the ethylene glycol has a stabilizing effect, i.e. a higher voltage is needed while the total flow rate has no effect on it. However, it is observed that an increase in the total flow rate results in shortening of the elapsed time for the interface to hit the wall. Moreover, the droplet size decreases down to 0.1 μL with an increase in the applied voltage, the viscosity ratio or the total flow rate or a decrease in the flow rate ratio. In addition to these observations, two empirical models for determining the critical electric number, i.e., the dimensionless voltage and the droplet size and another model which is a combination of both models, for determining the droplet size at the critical voltage are established.
Benzer Tezler
- Experimental study on droplet formation using a newtonian and a non-newtonian liquid flowing in a microchannel subject to an ac electric field
Bir mikrokanalda akan ve alternatif elektrik alana tabi tutulan bir newtonyen ve bir newtonyen olmayan sıvıdan damlacık oluşumu üzerine deneysel çalışma
YİĞİT AĞANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- An experimental study on the stability of the interface between immiscible liquids in a micro channel subject to an electric field
Bir mikro kanalda akmakta olan karışmayan sıvılar arasındaki arayüzeyin elektrik alan etkisindeki kararlılığının deneysel olarak incelenmesi
PINAR ERİBOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- Numerical simulation of multiphase flows under electrohydrodynamics effects
Elektrohidrodinamik etkiler altında çok fazlı akımların sayısal simülasyonu
AMIN RAHMAT
Doktora
İngilizce
2017
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILDIZ
- Experimental study on micro droplet formation and electrohydrodynamic instability of three immiscible liquids flowing in a microchannel
Bir mikrokanalda akan birbirine karışamayan üç sıvı arasındaki elektrohidrodinamik dengesizlik ve mikro damlacık oluşumu üzerine deneysel çalışma
EDA NUR SOYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- Elektrohidrodinamik-sıcak hava kombinasyonu yöntemiyle bazı tarımsal ürünlerin kurutma parametrelerinin belirlenmesi
Determination of drying parameters of some agricultural products by electrohydrodynamic-hot air combined method
AHMET POLAT
Doktora
Türkçe
2023
ZiraatBursa Uludağ ÜniversitesiBiyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAZMİ İZLİ