Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Hydro-dynamically modified seeding for micro-PIV

Błoński S., Domagalski P., Dziubiński M., Kowalewski T. A.

Archives of Mechanics

|

2011

|

Vol. 63, nr 2

163-163

EN

This paper presents numerical and experimental analysis of the hydrodynamic flow focusing in a rectangular microchannel. Aim of the study is to improve performance of the Particle Image Velocimetry (PIV) technique applied to micro-scale flow analysis. The symmetric flow focusing system of two channels crossed at right angle is investigated. The numerical model is used to analyse the effect of Reynolds number on the flow focusing mechanism. In the experiment, the flow focusing is applied to concentrate seeding tracers into a thin sheet at the channel axis. Such a modification removes the out of focus images of the seeding particles, effectively improving PIV evaluation of vector fields in microchannel. Based on the experimental and numerical results we have found that expected improvement is possible for the flow at Reynolds number less than 10 only.

2

Destabilization of a laminar flow in a rectangular channel by transversely-oriented wall corrugation

Szumbarski J., Błoński S.

Archives of Mechanics

|

2011

|

Vol. 63, nr 4

393-428

EN

Linear stability of the flow through the transversely corrugated channel with flat sidewalls is investigated numerically. Two variants of the wall corrugation are considered: symmetric sinusoidal waviness of the top and bottom walls and onesided corrugation, i.e., one of the walls remains flat. Spectrally accurate Galerkin method formulated in a transformed domain is used for the solution of the main flow and linear stability equations. Unstable normal modes have been identified and their parametric variation has been determined. The results show that for sufficiently large aspect ratios, the influence of the sidewalls is weak and the stability properties resemble those of the spanwise-periodic channel (investigated recently by the first author). It means that an appropriately designed transversal corrugation may be regarded as a promising method for passive enhancement of mixing in laminar regime.

3

Analiza przejścia laminarno-turbulentnego w mikrokanałach

Błoński S.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

|

2009

|

nr 2

3-153

PL

W pracy przeprowadzono mikroskopowe pomiary pól prędkości (PIV - micro Particle Image Velocimetry) celem zbadania przejścia laminarno-turbulentnego w mikro kanałach. Badania przeprowadzono w dwóch konfiguracjach dla przepływu dejonizowanej wody z fluorescencyjnymi cząstkami wskaźnikowymi. W pierwszej konfiguracji będącej laboratoryjnym modelem emulsyfikatora zbadano charakter przepływu w mikrokanale utworzonym w formie krótkiej (1mm) szczeliny o wysokości 400. Analiza pól prędkości przeprowadzona w mikro kanale w szerokim zakresie liczb Reynoldsa (991 - 6770) wykazała, że przepływ osiągając prędkości bliskie 20 m/s (co odpowiadało liczbie Reynoldsa równej 6770) pozostawał nadal laminarny. Tak wysoka liczba Reynoldsa nie zapewniała turbulizacji przepływu która, jak zostało pokazane, rozpoczyna się dopiero w kanale wylotowym emulsyfikatora. Fakt ten został potwierdzony w symulacjach numerycznych wykonanych metodą bezpośredniego rozwiązywania równań Naviera-Stokesa (DNS). Niewątpliwie dla przypływów w krótkich mikro kanałach ma miejsce wyraźne przesuniecie krytycznej liczby Reynoldsa w kierunku wyższych wartości. Otrzymany rezultat ma bezpośrednie zastosowanie w modelowaniu procesów emulsyfikacji, konstrukcji tłumików turbulencji czy wymienników ciepła opartych na przepływie przez mikro otwory. Drugim rozpatrywanym układem przepływowym jest długi i płaski mikro kanał z wprowadzonym poprzecznym pofalowaniem ścianek. Pomiary wykonane metodą PIV oraz przeprowadzone symulacje numeryczne pozwoliły na stwierdzenie, że odpowiednio wykonane pofalowanie ścianek, nie wprowadzając dodatkowych oporów hydraulicznych, prowadzi do znacznej redukcji krytycznej liczby Reynoldsa, przy której następuje destabilizacja przepływu i wzmacnianie początkowych zaburzeń. Stwierdzono, że przepływ w kanale o pofalowanych ściankach ulega destabilizacji już dla liczby Reynoldsa poniżej 100. Generowany przepływ o złożonej trójwymiarowej formie i skomplikowanych strukturach wirowych może w znacznym stopniu zwiększyć intensywność procesów wymiany ciepła i masy zachodzących w mikrosystemach przy małych liczbach Reynoldsa.

EN

Microscopic particle image velocimetry (PIV) experiments were performed to investigate laminar-turbulent transition in micro-channels. Flow of deionised water mixed with fluorescent seed particles was used as the working fluid in two investigated configurations. In the first configuration short (1mm) micro-channel of 400 height was formed by a slit of an emulsifier. PIV flow analysis performed for Reynolds numbers ranging from 991 to 6770 gave no evidence of transition to turbulence in the micro-channel. The initial transition to turbulent flow was observed only at the micro-channel exit and developed to fully turbulent flow several millimetres behind it. Our experimental analysis was confirmed by numerical simulations (DNS). Obviously laminar-turbulent transition for the flow in short micro-channels must be shifted into higher Reynolds numbers. This result has importance for modelling industrial emulsifiers, construction of turbulence dampers and heat exchangers based on the flow through micro orifices. In the second configuration flow in a long and flat rectangular micro-channel is investigated numerically and experimentally. It was found that due to the unique transversal sinusoidal wall corrugation we may achieve drastic reduction of the critical Reynolds number and flow destabilization occurs already at the Reynolds number about 100. Numerical simulations (DNS) and experimental analysis using PIV technique gave evidence that the introduced wall waviness generates spanwise instabilities propagating along the channel and disturbing the flow structure. The new unstable flow pattern, which emerges from the unstable mode has complex three-dimensional structure promoting mixing properties of the channel flow. The low Reynolds number destabilization of the flow through the wavy channel can be used for optimization and efficiency enhancement of the micro-mixers, micro-heat-exchangers and chemical micro-reactors.

4

PIV analysis of turbulent flow in a micro-channel

Błoński S., Kowalewski T. A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2007

|

Vol. 45 nr 3

489-503

EN

Turbulent flow of water in a short 0.4 mm high micro-channel of an emulsifier is investigated experimentally using a micro-PIV technique and compared with numerical predictions. The micro-flow measurements are based on epi-fluorescence illumination and high-speed imaging. Velocity fields obtained from the measurements and direct numerical simulations indicate that flow turbulization is delayed and develops only at the outlet region of the micro-channel.

PL

W pracy przedstawiono analizę turbulentnego przepływu wody przez mikro-kanał emulsyfikatora. Wyniki uzyskane eksperymentalną techniką Cyfrowej Anemometrii Obrazowej (PIV - Particle Image Velocimetry) zaadoptowanej do pomiarów w mikroskali (micro-PIV) porównano z wynikami symulacji numerycznych przeprowadzonych zarówno poprzez bezpośrednie rozwiązanie równań Naviera-Stokesa (DNS - Direct Numerical Simulation), jak i wykorzystując hipotezę Reynoldsa uśredniającą fluktuacje prędkości i ciśnienia (model k-...). Część eksperymentalna pracy przeprowadzona została na unikalnym stanowisku pomiarowym bazującym na mikroskopii epifluorescencyjnej i szybkim obrazowaniu analizowanego przepływu. Charakterystyki przepływu wyznaczone eksperymentalnie i numerycznie symulacją DNS wykazały, że turbulizacja przepływu pojawia się dopiero w końcowym przekroju mikro-kanału, osiągając maksimum w kanale wylotowym emulsyfikatora.

5

Experiments and modelling of electrospinning process

Kowalewski T., Błoński S., Barral S.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2005

|

Vol. 53, nr 4

385-394

EN

Very thin liquid jets can be obtained using electric field, whereas an electrically-driven bending instability occurs that enormously increases the jet path and effectively leads to its thinning by very large ratios, enabling the production of nanometre size fibres. This mechanism, although it was discovered almost one century ago, is not yet fully understood. In the following study, experimental data are collected, with the dual goal of characterizing the electro-spinning of different liquids and evaluating the pertinence of a theoretical model.