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
- Tez No: 900980
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu çalışma, üç karışmaz Newtonyen sıvının kararsızlığını deneysel olarak araştırmayı ve bir mikrokanaldaki damla oluşum mekanizmasını anlamayı amaçlar. Reynolds sayısının laminer akış aralığında olduğu bir mikrokanaldaki akışı sırasında, üç sıvı arasında iki düz arayüz oluşur. Arayüzlere dik bir elektrik alan uygulandığında, sistem kararsız hale gelir ve arayüzler deforme olabilir. Bu EHD kararsızlığı araştırmak için 350 µm derinliğinde, 1.1 mm genişliğinde, 42 mm elektrot uzunluğuna ve 50 mm uzunluğa sahip mikrokanallar kullanıldı. Mikrokanal, asetat levhalar, alüminyum ve standart tek taraflı bantlar, çift taraflı iletken olmayan bantlardan oluşmaktadır ve tüm katmanlar PMMA'ya yapıştırılırmıştır. Farklı viskozitelere sahip silikon yağı ve Hint yağı sıvıları, propilen borular ile mikro kanala enjekte edildi. 150-1250 V aralığında bir DC elektrik alanı uygulandı. İncelenen parametreler sıvıların kalınlık oranı, toplam debi, viskozite oranı, histerezis ve ortadan akan sıvı ile duvarda akan sıvıların yerlerinin değiştirilmesidir. Bu parametrelerin kritik voltaj ve damla oluşumu üzerindeki etkileri incelendi. İki kritik voltaj gözlemlendi: kararsızlığın başladığı ve damla oluşumunun başladığı voltajlar. Toplam akış hızının kritik voltajlar üzerinde stabilize edici bir etkisi vardır. Duvardaki sıvının kalınlığının kararsızlaştırıcı bir etkisi olmasına rağmen, sandviç edilen sıvısının kalınlığının sistemi stabilize edici bir etkisi vardır. Bu gözlemlere ek olarak, sandviç edilen fazın kalınlığı ve toplam debilerin hacimler üzerinde kararsızlaştırıcı bir etkiye sahip olduğu ve daha küçük damlacık oluşturduğu, viskozite oranının artması ise daha büyük damlacık oluşturduğu gözlemlenmiştir. Sandviç edilen sıvının pozisyonuna bağlı olarak, üst arayüzeyin üst duvara çarpmasıyla hem de alt arayüzeyin alt duvara çarpmasıyla birer damlacık oluşumu elde etmek mümkündür. Ayrıca, arayüzeylerin bozulduğu ve damlacık oluşturduğu anlardaki kritik voltajlar, elektrik sayısı ile de ifade edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study aims to experimentally investigate the electrohydrodynamic (EHD) instability of three immiscible Newtonian liquids and understand the droplet formation mechanism in a microchannel. Two flat interfaces occur when three immiscible liquids flow in a microchannel at low Reynolds number. When an electric field is applied perpendicular (normal) to the interfaces, the system may become unstable at a critical voltage, leading to deformed interfaces. As the voltage is increased, reaching a second critical voltage, the interfaces hit the channel walls or each other, generating micro droplets. In-house fabricated microchannels are used with a depth of 350 µm and a width of 1.1 mm, an electrode length of 42 mm, and a total length of 50 mm. The microchannel comprises acetate sheets, aluminum and standard one-side tapes, and double-sided non-conductive tapes. All layers are stuck to PMMA. By default, silicon oil with different viscosities is used as the encapsulating liquid, and castor oil as the sandwiched liquid. A DC electric field is applied in the range of 150-1250V. The effects of the thickness ratio, the total flow rate, viscosity ratio, hysteresis, and switching of the encapsulating liquid on the critical voltage and droplet formation are studied. It is observed that the total flow rate has a stabilizing effect on the critical voltage. Moreover, the thickness of the encapsulating liquid has a destabilizing effect, whereas that of the sandwiched liquid has a stabilizing effect. On the contrary, the thickness of the encapsulating phase and the total flow rates have a destabilizing effect and result in smaller droplet formations. Also, an increase in the viscosity ratio of the sandwiched to encapsulating yields larger droplet sizes. Depending on the position of the sandwiched liquid, it is possible to get one droplet from the top interface hitting the top wall and one from the bottom. The sizes of the droplets depend on the position of the sandwiched liquid, in the of range 0.1 to 0.52 μL. The critical voltage at which the interface deflects, and the droplet formation voltage are also expressed in terms of the dimensionless electric number.
Benzer Tezler
- Microscale cavitating flow patterns and spray characteristics with applications
Mikro boyutlu kavitasyon akış modelleri ve sprey özellikleri ile uygulamaları
MORTEZA GHORBANI
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- An investigation into hydrophobic micro-textured surfaces on heat transfer and surface wetting phenomenon during vapor condensation
Hidrofobik mikro-talaşlanmış yüzeylerde buhar yoğuşmasında oluşan ısı transferi ve yüzey ıslanma olgusunun incelenmesi
THAMER KHALIF SALEM SALEM
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ARIK
DR. METE BUDAKLI
- Mikro yapılı yüzeylerde gözenek çaplarının ve girinti aralıklarının parametrik olarak çekirdekli kaynama üzerinde deneysel incelenmesi
Experimental investigation of effect of pore diameter and reentrant cavity width on nucleate boiling in micro structured surface
ALİ CAN İSPİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN ONBAŞIOĞLU
- Yakıtlara bor türevi ilavesinin yanma karakteristiklerineetkilerinin farklı yakma sistemlerinde incelenmesi
Investigation of the effects of boron derivative integrationto fuel on combustion characteristics in different combustion systems
TAHİR AYAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiTarsus ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ALPER YONTAR
- Bimodal fonksiyonel dokusuz hava filtrelerinin üretimi ve geçirgenlik özelliklerinin karakterizasyonu
Production of bimodal functional non-woven air filters and characterization of their permeability properties
ALİ TOPTAŞ
Doktora
Türkçe
2023
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ