شبیه‌سازی میکرومیکسر
میکرومیکسر یک کانال با ابعاد میکرومتری است که برای مخلوط کردن جریان‌های سیال استفاده می‌شود. در این جلسه از آموزش کامسول، یاد خواهیم گرفت که چگونه یک میکرومیکسر را در نرم‌افزار کامسول شبیه‌سازی کنیم. برخلاف سایر نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، کامسول به شما امکان می‌دهد تا انواع مختلفی از ماژول را در یک سیستم به کار ببرید و به طور کامل از قدرت آن‌ها برای حل مسائل فیزیکی استفاده کنید. این دوره آموزش کامسول رایگان، به شما امکان دهد تا با استفاده از ماژول‌های مختلف و ویژگی‌های پیشرفته نرم‌افزار کامسول، مسائل فیزیکی پیچیده‌ای را به طور دقیق و کامل حل کنید.
معرفی انتقال جرم و کاربرد
انتقال جرم، مفهومی اساسی در سیستم‌های شیمیایی است که به حرکت مولکول‌ها از نقطه‌ای با غلظت بیشتر به نقطه‌ای با غلظت کمتر اطلاق می‌شود. برای مثال، زمانی که یک حبه قند را در آب قرار می‌دهیم، بعد از مدتی کل حجم آب شیرین می‌شود. این پدیده به دلیل انتقال جرم قند در آب است. در بسیاری از سیستم‌های شیمیایی، مانند میکرومیکسر یا سیستم‌های احتراق، انتقال جرم نقش مهمی ایفا می‌کند.
کاربرد میکرومیکسرها
میکرومیکسرها معمولاً در چیپ‌های تشخیص بیولوژی استفاده می‌شوند. کانال‌های میکرومتری باعث می‌شوند که حرکت سیال با حداقل اختلاط انجام شود. در نتیجه اگر دو جریان سیال به آرامی وارد کانال‌های میکرومتری شوند، در خروجی دو سیال به صورت مخلوط نشده خارج می‌شوند که ممکن است در بخش‌های بعدی سیستم مشکل‌ساز شود. هدف میکرومیکسر این است که این دو جریان را به طور کامل مخلوط کرده و سیالی یکنواخت در خروجی ایجاد کند.
شبیه‌سازی میکرومیکسر در کامسول
برای شبیه‌سازی میکرومیکسر در کامسول، ما از دو ماژول اصلی استفاده خواهیم کرد.
- حرکت سیال (Laminar Flow)
- انتقال جرم (Transport of Diluted Species)
ماژول حرکت سیال یا لمینار فلو در جلسات قبلی آموزش داده شد، اما ماژول انتقال جرم جدید است و در این جلسه با آن آشنا خواهیم شد.
ایجاد هندسه در کامسول
هندسه پیچیده میکرومیکسر با نرم‌افزار اتوکد طراحی شده و ما باید فایل آن را وارد کامسول کنیم. برای این کار، پس از انتخاب محیط سه بعدی و فیزیک‌ها، به محیط شبیه‌سازی نرم افزار وارد می‌شویم. در ادامه وارد بخش Geometry شده و سپس، از گزینه Import استفاده برای وارد کردن فایل DXF استفاده می‌کنیم. واحد اندازه‌گیری در این فایل DXF مشخص نشده است، بنابراین کامسول مقیاس هندسه را بر اساس واحد متر تنظیم می‌کند. ما باید واحد اندازه‌گیری را به میکرومتر تغییر دهیم تا با ابعاد واقعی کانال مطابقت داشته باشد.
در این مرحله، یک متریال آب را به عنوان سیال داخل کانال اضافه می‌کنیم. در این میکرومیکسر سه ورودی (Inlet) و یک خروجی (Outlet) را مشخص کرده و سرعت جریان هر کدام را تنظیم می‌کنیم. برای ورودی‌ها، سرعت جریان را به ترتیب 100، 20 و 20 میکرومتر بر ثانیه تنظیم می‌کنیم. برای خروجی، نیازی به تنظیم خاصی نیست و فشار صفر در نظر گرفته می‌شود.
کوپلینگ و حل مسئله
در مرحله بعد، کوپلینگ بین فیزیک لمینار فلو و دایلوتد اسپیشیز را انجام می‌دهیم. ضریب نفوذ را نیز تنظیم کرده و مش‌بندی را انجام می‌دهیم. سپس، حل مسئله را اجرا می‌کنیم.
نتایج شبیه‌سازی شامل سرعت، فشار و غلظت سیال در کانال میکرومیکسر است. با تحلیل غلظت در طول کانال، می‌توان عملکرد میکرومیکسر را بررسی کرد. در ورودی‌ها، غلظت متفاوت است، اما در خروجی، غلظت یکنواخت شده و به عددی ثابت رسیده است. این نشان می‌دهد که میکرومیکسر به طور موفقیت‌آمیزی جریان‌های ورودی را مخلوط کرده است.
جمع‌بندی
در این جلسه یازدهم دوره آموزش کاربردی کامسول، شرح داده شد که چگونه از میکرومیکسر برای مدل‌سازی انتقال جرم استفاده شود. همچنین، با استفاده از نرم‌افزار کامسول، می‌توانید انتقال جرم را در سیستم‌های واقعی به طور دقیق تحلیل کرد و نتایج را بررسی کنید. در ادامه این دوره، مثال‌های بیشتری از کاربرد ماژول‌های مختلف کامسول ارائه خواهیم کرد.
