Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Afsaneh Valipouri
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما) افسانه ولی پوری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyedeh Shadi Hosseini
سیده شادی حسینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Experimental and numerical investigation on the effects of the physical and operating parameters in the process of hollow microparticle fabrication by coaxial electrospray and air as the core fluid.
Coaxial electrospray is a method for producing core-shell particles. Different parameters such as operation, geometric, and environmental parameters are affecting on the Coaxial electrospray process. So far, rare research has been devoted to studying coaxial electrospraying with air as core fluid and a liquid as shell fluid, and its governing physics is not entirely recognized. The present research explores this process and the role of significant coaxial electrospray parameters with air as core fluid by high-speed imaging and image processing technique. Furthermore, some numerical simulations are conducted to investigate the effects of fluid physical properties on the process. In the experiments, the liquid flow rate, the airflow rate, and the applied voltage varied in a range of 60ml/hr-140 ml/hr, 7.74ml/hr-20.33ml/hr 12.2kV-15kV, respectively. It was shown that by increasing the liquid flow rate, the diameters of bubbles decrease. Also, increasing the applied voltage decreases the bubble diameters only at high liquid flow rates without any noticeable effects at the lower flow rates. Increasing the airflow rate leads to producing bubbles with a larger diameter. However, this behavior is also observed when the liquid flow rate is high enough, and in the low fluid flow rate, it mainly affects the bubble generation frequency. The other investigated parameters include the distance between the nozzle and the electrode, the electrode inner and outer diameters, and the inner and outer nozzles assembly respect to each other. It is observed that we could produce smaller bubbles in size by reducing the nozzle and electrode distance, increasing the outer electrode diameter, or decreasing its inner diameter. And, increasing the distance between nozzle outlets cause smaller bubbles generation. Moreover, in the numerical simulations, it was observed that when the liquid surface tension increases from 0.04 N/m to 0.09 N/m. An increase of 33% occurs in bubbles’ diameters (no changes were applied to other parameters). On the other hand, decreasing the viscosity from 0.11 mpa.s to 0.05 mpa.s leads to a 23% increase in the bubble diameter. The distance between nozzle outlets is the last parameter that was also studied via simulation. It was demonstrated that one of the reasons contributing to bubble diameter changes with the change of this parameter is the change in electrical forces on the bubble. Keywords: Coaxial electrospray-Microbubble-Hollow micoparticles.
الکترواسپری هم‌محور روشی برای تولید ذرات هسته-پوسته است. متغیرهای مختلفی از جمله پارامترهای عملیاتی، هندسی و محیطی بر این فرآیند تاثیر دارند. استفاده از هوا به عنوان سیال میانی و مایعی به عنوان سیال بیرونی، در پژوهش‌های بسیار معدودی مورد بررسی قرار گرفته است و فیزیک آن به طور کامل شناخته نیست. هدف پژوهش پیش رو، بررسی این فرآیند و مطالعه پارامترهای موثر بر فرآیند الکترواسپری با سیال میانی هواست. در این پژوهش اثر برخی پارامترها بر حباب‌های ایجاد شده، توسط عکس‌برداری سرعت بالا و پردازش تصویر مورد بررسی قرار گرفت. سپس برای بررسی اثر برخی از خواص فیزیکی سیال، شبیه‌سازی عددی انجام شد. در آزمایش‌ها، دبی مایع بین ml/hr60 تا ml/hr140، دبی هوا بین ml/hr74/7 تا ml/hr 33/20 و ولتاژ بین kV2/12 تا kV 15 تغییر داده شد. نتایج نشان داد که افزایش دبی مایع، در همه موارد منجر به کاهش قطر حباب می‌شود. از طرفی افزایش ولتاژ در دبی‌های زیاد مایع باعث کاهش قطر حباب می‌شود، ولی در دبی‌های کم مایع تاثیر چندانی ندارد. افزایش دبی هوا نیز باعث افزایش قطر حباب‌های تولید شده می‌شود. البته اثر این متغیر نیز در دبی‌های بالای مایع مشاهده می‌شود و در دبی‌های کم، اثر آن بیشتر بر روی فرکانس تولید حباب است. همچنین بررسی اثر فاصله نازل تا الکترود، اندازه قطر داخلی الکترود، قطر خارجی الکترود و موقعیت قرار گیری دو نازل نسبت به هم، بررسی شد. مشاهده شد که کاهش فاصله نازل از الکترود، کاهش قطر داخلی الکترود، افزایش قطر خارجی الکترود و افزایش فاصله بین سوزن داخلی و خارجی، باعث کاهش قطر حباب‌ها می‌شوند. همچنین در شبیه سازی عددی کشش سطحی بین /m 04/0 تا N/m 09/0 تغییر داده شد. مشاهده شد که قطر حباب با تغییر کشش سطحی از /m 04/0 به N/m 09/0 (سایر شرایط یکسان)، به مقدار 33% افزایش یافت. اثر ویسکوزیته مایع نیز توسط حل عددی بررسی شد و مشاهده شد که با کاهش ویسکوزیته از mpa.s 11/0 به mpa.s 05/0 (سایر شرایط یکسان) قطر حباب، 23% افزایش یافت. اثر موقعیت دو نازل نیز در شبیه‌سازی‌ها مورد مطالعه قرار گرفت و نشان داده شد که یکی از دلایل تغییر قطر حباب با تغییر این پارامتر، تغییر نیروی الکتریکی وارد بر حباب است. کلمات کلیدی : الکترواسپری هم‌محور- میکروحباب- میکروذرات توخالی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی