Numerical study of characteristics of the liquid mixture in a micromixer

Abstract

Abstract New 3D numerical probes of a novel passive micro-mixing were performed to analyze the hydrodynamic and thermal behaviors of nano non Newtonian and non-Newtonian fluids. The mass and heat transfer properties of two hot fluids have been investigated in detail to understand the distributions of quantitative and qualitative fluid families with temperature homogeneity. Momentum, continuity, and species transfer patterns are interpreted and implemented by CFD code. The effect of fluid behavior modulus and different concentrations of Al2O3 nanoparticles on the pressure drop and thermal mixing performance of various low Reynolds numbers (Re = 0.1 to 25) were studied. Performance improvement simulations were performed at intervals of different nanoparticle concentra- tions (φ = 0 to 5%) with different index values (n) using computational fluid dynamics. The proposed micromixer showed a low mixing energy cost compared to that obtained in the older TLCCM in function of the recently studied fluid homogeneity. The results showed that high concentrations of nanofluids have a strong chaotic flow which greatly enhances the hydrodynamic and thermal performance of all Reynolds numbers. Visualiza- tion of the mass-fraction vortex core region and path lines shows that the proposed design shows a fast thermal mixing index of up to 0.99%, and a mass-fraction mixing index of more than 0.93% with very low-pressure loss and excellent synergy rate, thus, it can be used to enhance homogeneity in many nano systems Newtonian and non-Newtonian at the lowest energy cost. R´esum´e De nouvelles sondes num´eriques 3D d’un nouveau micro-m´elangeur passive ont ´et´e r´ealis´ees pour analyser les comportements hydrodynamiques et thermiques des fluides nano-Newtoniens et non-Newtoniens. Les propri´et´es de transfert de masse et de chaleur de deux fluides chauds ont ´et´e ´etudi´ees en d´etail pour comprendre les distributions de familles de fluides quantitatives et qualitatives avec une homog´en´eit´e de temp´erature. L’´elan, la continuit´e et les mod`eles de transfert d’esp`eces sont interpr´et´es et mis en œu- vre par le code CFD. L’effet du module de comportement des fluides et de diff´erentes concentrations de nanoparticules d’Al2O3 sur la chute de pression et les performances de m´elange thermique de divers nombres de Reynolds (Re = 0,1 `a 25) a ´et´e ´etudi´e. Des sim- ulations d’am´elioration des performances ont ´et´e effectu´ees `a des intervalles de diff´erentes concentrations de nanoparticules (φ = 0 `a 5 %) avec diff´erentes valeurs d’indice (n) en utilisant la dynamique des fluides computationnelle. Le microm´elangeur propos´e a montr´e un petite coˆut ´energ´etique de m´elange par rapport `a celui obtenu dans l’ancien TLCCM en termes d’homog´en´eit´e du fluide r´ecemment ´etudi´ee. Les r´esultats ont montr´e que des concentrations ´elev´ees de nanofluides ont un fort ´ecoulement chaotique qui am´eliore con- sid´erablement les performances hydrodynamiques et thermiques de tous les nombres de Reynolds. La visualisation de la r´egion centrale du vortex de fraction de masse et des lignes de chemin montre que la conception propos´ee montre un indice de m´elange ther- mique rapide allant jusqu’`a 0,99%, et un indice de m´elange de fraction de masse de plus de 0,93% avec une tr`es faible perte de pression et une excellente synergie, ainsi, il peut ˆetre utilis´e pour am´eliorer l’homog´en´eit´e dans de nombreux nanosyst`emes Newtonien et non Newtonien au coˆut ´energ´etique le plus bas.