Минаков А.В.   Гаврилов А.А.   Рудяк В.Я.   Дектерев А.А.  

Численное моделирование химического реагирования в микроканалах при больших числах Рейнольдса

Докладчик: Минаков А.В.

      Бурное развитие изучения микротечений жидкости и газа, наблюдающееся в последнее двадцатилетие, мотивировано появлением большого числа микроэлетромеханических систем (МЭМС), а позднее и нанотехнологий, в которых микротечения являются важным элементом. Одним из важнейших физических процессов, использующихся в микрофлюидных устройствах, является химическое реагирование микроскопических количеств жидкости, которое имеет очень важное практическое значение во многих приложениях: микрореакторы, анализаторы химических и биологических веществ, системы доставки лекарств и многие другие.
    В данной работе при помощи численного моделирования были исследованы режимы течения, перемешивания и реагирования жидкостей в Т - образном микрореакторе в широком диапазоне значений числа Рейнольдса от 1 до 1000. Такие высокие значения чисел Рейнольдса не являются типичными для микроканалов, тем не менее в настоящее время появилось множество приложений, в которых такие режимы достигаются. Кроме того, как показывают результаты данной работы, при относительно высоких значениях числа Рейнольдса в микроканалах происходит ряд новых интересных явлений, требующих изучения как с фундаментальной точки зрения, так и для практических целей. В работе исследована структура течения и ее влияние на скорость химических превращений. Получены зависимости коэффициента трения и эффективности смешения от числа Рейнольдса. Получено резкое увеличение эффективности смешения и как следствие скорости химической реакции при переходе течения с симметричного на несимметричный режим при стационарном течении. Исследована область ламинарно-турбулентного перехода. Показано уменьшение эффективности смешения в переходной области течения. Получено хорошее качественное и количественное согласование с результатами натурных экспериментов.