Nghiên Cứu Tính Toán Động Lực Học Hạt Lưu Chất Đa Thành Phần Có Truyền Nhiệt

Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần với truyền nhiệt và chuyển pha 3, ứng dụng trong công nghệ và khoa học vật liệu.

• Trường học: Học Viện Khoa Học Và Công Nghệ
• Chuyên ngành: Cơ Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Toán Động Lực Học Hạt Lưu Chất Đa Thành Phần Có Truyền Nhiệt
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Điểm mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO BÀI TOÁN CÓ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Xây dựng chương trình tính toán
• 2.3. Kiểm chứng chương trình tính toán vừa xây dựng
• 2.3.1. Hạt nước với góc ướt nhỏ hơn 90o
• 2.3.2. Hạt nước với góc ướt lớn hơn 90o
• 2.4. Kết luận
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG TRÊN MỘT BỀ MẶT LẠNH
• 3.1. Mô hình bài toán và chọn độ phân giải lưới
• 3.2. Kết quả và thảo luận
• 3.2.1. Ảnh hưởng của số Bond
• 3.2.2. Ảnh hưởng của số Prandtl
• 3.2.3. Ảnh hưởng của số Stefan
• 3.2.4. Ảnh hưởng của tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng
• 3.2.5. Ảnh hưởng của tỉ số bán kính
• 3.2.6. Quá trình hóa rắn với góc ướt ngoài và trong bằng nhau
• 3.2.7. Ảnh hưởng của góc ướt trong
• 3.2.8. Ảnh hưởng của góc ướt ngoài
• 3.2.9. Ảnh hưởng của góc phát triển. Sự hình thành đỉnh chóp và thời gian hóa rắn của hạt lưu chất rỗng
• 3.3. Kết luận
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
• 4.1. Mô hình bài toán và chọn độ phân giải lưới
• 4.2. Kết quả và thảo luận
• 4.2.1. Ảnh hưởng của số Reynolds
• 4.2.2. Ảnh hưởng của số Stefan
• 4.2.3. Ảnh hưởng tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng
• 4.2.4. Ảnh hưởng của kích thước nhân hóa rắn
• 4.2.5. Ảnh hưởng của độ lệch tâm ban đầu
• 4.2.6. Ảnh hưởng của tỉ số bán kính
• 4.2.7. Ảnh hưởng của góc phát triển
• 4.3. Kết luận
• KẾT LUẬN CHUNG
• HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Động Lực Học Hạt Lưu Chất Đa Thành Phần

Nghiên cứu động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt và chuyển pha đang thu hút sự quan tâm lớn. Ứng dụng trải rộng từ công nghiệp đến khoa học. Các hạt lưu chất (chất lỏng hoặc khí) tạo thành khi nhúng vào một lưu chất khác, xuất hiện sức căng bề mặt. Quá trình hóa rắn của các hạt này diễn ra tự nhiên hoặc trong các quy trình công nghiệp. Hạt lưu chất đa thành phần có tiềm năng lớn trong chế tạo pin năng lượng mặt trời, cải thiện hiệu suất tuabin gió, và nhiều lĩnh vực khác. Hiểu rõ động lực học và truyền nhiệt trong quá trình này là rất quan trọng. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp theo dấu biên để mô phỏng quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng.

1.1. Giới Thiệu Về Hạt Lưu Chất Đa Thành Phần CFD đa pha

Hạt lưu chất đa thành phần là các hạt chứa hai hoặc nhiều pha khác nhau. Ví dụ, hạt lỏng chứa bọt khí bên trong. Chúng xuất hiện khi có sự tương tác giữa các chất lỏng, chất khí có sức căng bề mặt. Việc nghiên cứu các tính chất và động lực học của chúng rất quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Đặc biệt, quá trình truyền nhiệt và chuyển pha của các hạt này đóng vai trò then chốt trong các ứng dụng như sản xuất vật liệu, năng lượng tái tạo. Theo Biancardo và cộng sự [5], các hạt bán dẫn được sử dụng để biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Do đó, việc nghiên cứu sâu về cấu trúc cũng như quá trình của hạt là vô cùng cần thiết.

1.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hạt Đa Thành Phần ứng dụng CFD

Ứng dụng của hạt đa thành phần rất đa dạng. Trong lĩnh vực năng lượng, chúng được sử dụng trong chế tạo pin mặt trời. Chúng cũng có thể được dùng để loại bỏ băng trên cánh máy bay hoặc tuabin gió, nâng cao hiệu suất và an toàn. Hạt đa thành phần còn được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, xử lý nước, và sản xuất vật liệu hấp thụ âm thanh. Nghiên cứu này tập trung vào việc mô phỏng quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng, một loại hạt đa thành phần quan trọng. Việc nghiên cứu quá trình chuyển pha (cụ thể là hóa rắn) giúp tìm ra các giải pháp để tránh những thiệt hại và nâng cao hiệu suất của máy móc.

II. Thách Thức Trong Mô Phỏng Truyền Nhiệt Hạt Lưu Chất CFD truyền nhiệt

Mô phỏng truyền nhiệt và chuyển pha trong hạt lưu chất đa thành phần gặp nhiều thách thức. Đòi hỏi mô hình toán học phức tạp để mô tả chính xác các hiện tượng vật lý. Các phương pháp tính toán số cần đủ độ chính xác để giải quyết các bài toán đa pha. Việc mô phỏng sự di chuyển của biên phân cách giữa các pha cũng là một khó khăn lớn. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp theo dấu biên để vượt qua những thách thức này và đạt được độ chính xác cao hơn.

2.1. Khó Khăn Về Mô Hình Toán Học Phương trình Navier Stokes

Mô tả chính xác quá trình truyền nhiệt và chuyển pha đòi hỏi các mô hình toán học phức tạp. Phương trình Navier-Stokes được sử dụng để mô tả dòng chảy. Phương trình năng lượng được sử dụng để mô tả sự truyền nhiệt. Các hiệu ứng bề mặt như sức căng bề mặt cần được mô hình hóa chính xác. Hơn nữa, sự thay đổi pha (ví dụ, hóa rắn) tạo ra các biên di chuyển, gây khó khăn cho việc giải bài toán.

2.2. Yêu Cầu Về Độ Chính Xác Tính Toán Độ chính xác tính toán

Việc giải các phương trình mô tả động lực học chất lỏng tính toán (CFD) đòi hỏi độ chính xác cao. Các sai số nhỏ có thể dẫn đến kết quả không chính xác, đặc biệt trong các bài toán đa pha. Cần sử dụng các phương pháp số ổn định và chính xác. Lưới tính toán phải đủ mịn để giải quyết các chi tiết nhỏ. Phương pháp thể tích hữu hạn thường được sử dụng để rời rạc hóa các phương trình.

2.3. Vấn Đề Với Biên Phân Cách Pha Mô hình VOF

Việc theo dõi sự di chuyển của biên phân cách giữa các pha là một thách thức lớn. Các phương pháp khác nhau đã được phát triển, bao gồm phương pháp VOF (Volume of Fluid), phương pháp tập mức (Level Set), và phương pháp theo dấu biên (Front Tracking). Phương pháp theo dấu biên được sử dụng trong nghiên cứu này để theo dõi chính xác vị trí và hình dạng của biên.

III. Giải Pháp Mô Hình Tính Toán và Phương Pháp Theo Dấu Biên

Nghiên cứu này xây dựng mô hình tính toán dựa trên phương pháp theo dấu biên để mô phỏng quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng. Phương pháp này cho phép theo dõi chính xác sự di chuyển của biên phân cách giữa pha lỏng và pha rắn. Mô hình được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Fortran. Phương pháp sai phân hữu hạn được sử dụng để rời rạc hóa các phương trình trên lưới Euler.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Tính Toán Phần mềm CFD

Mô hình tính toán được xây dựng để mô phỏng quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng. Mô hình bao gồm các phương trình Navier-Stokes, phương trình năng lượng, và các điều kiện biên phù hợp. Các hiệu ứng bề mặt như sức căng bề mặt được tính đến. Mô hình được lập trình bằng ngôn ngữ Fortran.

3.2. Phương Pháp Theo Dấu Biên Front Tracking Method

Phương pháp theo dấu biên được sử dụng để theo dõi sự di chuyển của biên phân cách giữa pha lỏng và pha rắn. Biên được biểu diễn bằng các điểm liên kết di chuyển trên lưới Euler. Phương pháp này cho phép theo dõi chính xác hình dạng và vị trí của biên trong quá trình hóa rắn. Phương pháp theo dấu biên (front-tracking method) được sử dụng để theo dõi sự di chuyển các biên phân cách của các pha đó. Cụ thể, các biên phân cách giữa các pha được đại diện bởi các điểm liên kết và các điểm liên kết này di chuyển trên nền lưới cố định.

3.3. Lựa Chọn Ngôn Ngữ Lập Trình Fortran Hiệu năng tính toán

Ngôn ngữ lập trình Fortran được sử dụng để xây dựng chương trình tính toán. Fortran là một ngôn ngữ hiệu quả cho các ứng dụng tính toán khoa học. Nó cung cấp hiệu năng cao và khả năng tối ưu hóa tốt. Chương trình được xây dựng bằng phương pháp sai phân hữu hạn.

IV. Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Đến Quá Trình Hóa Rắn Hạt Lưu Chất

Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của các thông số không thứ nguyên đến quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng. Các thông số quan trọng bao gồm số Bond, số Prandtl, số Stefan, tỉ số khối lượng riêng, và tỉ số bán kính. Kết quả cho thấy các thông số này ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ hóa rắn và hình dạng của hạt.

4.1. Ảnh Hưởng Của Số Bond Số Bond

Số Bond là tỉ số giữa lực trọng trường và lực căng bề mặt. Nó ảnh hưởng đến hình dạng của hạt trong quá trình hóa rắn. Khi số Bond lớn, lực trọng trường chiếm ưu thế, hạt có xu hướng dẹt. Khi số Bond nhỏ, lực căng bề mặt chiếm ưu thế, hạt có xu hướng cầu. Theo kết quả, số Bond ảnh hưởng đến quá trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng trên một bề mặt lạnh.

4.2. Ảnh Hưởng Của Số Prandtl Số Prandtl

Số Prandtl là tỉ số giữa độ nhớt động học và độ khuếch tán nhiệt. Nó ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt trong hạt. Số Prandtl cao cho thấy độ nhớt chiếm ưu thế, làm chậm quá trình truyền nhiệt. Ngược lại, số Prandtl thấp cho thấy độ khuếch tán nhiệt chiếm ưu thế, làm tăng tốc quá trình truyền nhiệt. Ảnh hưởng của số Pr tới quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng trên một bề mặt lạnh.

4.3. Ảnh Hưởng Của Tỉ Số Khối Lượng Riêng Ảnh hưởng tỉ số khối lượng riêng

Tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng ảnh hưởng đến sự co ngót của hạt trong quá trình hóa rắn. Tỉ số này càng lớn, sự co ngót càng lớn, và ngược lại. Khi tỉ số này gần bằng 1, sự co ngót là không đáng kể. Ảnh hưởng của số 𝜌sl tới quá trình hóa rắn hạt lưu chất rỗng trên một bề mặt lạnh.

V. Ứng Dụng Nghiên Cứu Chế Tạo Pin Mặt Trời và Phá Băng

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong chế tạo pin mặt trời, việc hiểu rõ quá trình hóa rắn của hạt bán dẫn có thể giúp tối ưu hóa cấu trúc và hiệu suất của pin. Trong lĩnh vực phá băng, nghiên cứu này có thể cung cấp thông tin quan trọng để phát triển các phương pháp ngăn ngừa băng hình thành trên cánh máy bay và tuabin gió.

5.1. Ứng Dụng Trong Chế Tạo Pin Mặt Trời Hạt bán dẫn

Nghiên cứu quá trình hóa rắn của hạt bán dẫn có thể giúp tối ưu hóa cấu trúc của pin mặt trời. Ví dụ, việc sử dụng hạt rỗng có thể giảm lượng vật liệu cần thiết mà vẫn duy trì hiệu suất. Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước của hạt cũng rất quan trọng. Biancardo và cộng sự [5] đã nghiên cứu các hạt bán dẫn để biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Việc sử dụng hạt rỗng (hay hạt lưu chất đa thành phần hóa rắn) sẽ giúp tiết kiệm chất bán dẫn hơn là làm cho tấm lưới bán dẫn được nhẹ hơn mà hiệu quả chuyển đổi năng lượng là không đổi.

5.2. Ứng Dụng Trong Phá Băng Chuyển pha

Nghiên cứu này có thể cung cấp thông tin quan trọng để phát triển các phương pháp ngăn ngừa băng hình thành trên cánh máy bay và tuabin gió. Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hóa rắn có thể giúp thiết kế các hệ thống chống đóng băng hiệu quả hơn. Theo đó, hạt nước trong không khí khi tiếp xúc với bề mặt cánh của máy bay hoặc tuabin gió sẽ bị hóa rắn nếu nhiệt độ tại bề mặt cánh nhỏ hơn nhiệt độ hóa rắn của nước.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Trong Tương Lai Kết luận CFD

Nghiên cứu này đã xây dựng thành công mô hình tính toán và mô phỏng quá trình hóa rắn của hạt lưu chất rỗng bằng phương pháp theo dấu biên. Các thông số không thứ nguyên ảnh hưởng đáng kể đến quá trình này. Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng để xem xét các hiệu ứng phức tạp hơn, như chuyển pha có kèm theo phản ứng hóa học. Hướng phát triển tương lai tập trung vào việc xây dựng mô hình tính toán chính xác hơn và khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến quá trình hóa rắn.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Tổng kết nghiên cứu CFD

Luận án đã xây dựng thành công một mô hình tính toán mô phỏng số để mô tả quá trình vật lý động lực học chuyển pha của hạt lưu chất rỗng. Các thông số không thứ nguyên được xây dựng để đặc trưng cho các tính chất của lưu chất nghiên cứu và qua đó cho thấy sự ảnh hưởng của chúng đến quá trình chuyển pha của hạt. Thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của các thông số không thứ nguyên ảnh hưởng đến quá trình hóa rắn và hình dạng của hạt lưu chất rỗng.

6.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai Hướng phát triển CFD

Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng để xem xét các hiệu ứng phức tạp hơn, như chuyển pha có kèm theo phản ứng hóa học. Cũng cần xem xét các mô hình rối (k-epsilon, k-omega SST) để mô tả chính xác hơn dòng chảy. Hướng phát triển tương lai tập trung vào việc xây dựng mô hình tính toán chính xác hơn và khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến quá trình hóa rắn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Trình bày tổng quan về động lực học hạt đa thành phần bao gồm: một số khái niệm cơ bản, sự hình thành, các ứng dụng, các công trình nghiên cứu và các phương pháp phổ biến dùng trong mô phỏng động lực học chuyển pha của của hạt đa thành phần. Chương 2: Nghiên cứu và xây dựng chương trình tính toán cho bài toán có truyền nhiệt, chuyển pha Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán cho bài toán hạt lưu chất hóa rắn. Các phương trình tổng quát Navier-Stokes và phương trình năng lượng được rời rạc hóa và đưa vào các mô đun tính toán. Sau khi xây dựng được chương trình tính toán, để kiểm chứng độ chính xác, kết quả mô phỏng được so sánh với các kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu.

Chương 3: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt, chuyển pha của hạt lưu chất rỗng trên một bề mặt lạnh Chương này giải quyết bài toán hạt lưu chất rỗng hóa rắn trên một bề mặt lạnh. Một loạt các thông số không thứ nguyên và các thông số hình học được xem xét trong chương này. Qua đó, cho thấy được sự ảnh hưởng của chúng lên hình dạng và thời gian hóa rắn của hạt lưu chất rỗng. Chương 4: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt, chuyển pha của hạt lưu chất rỗng chịu ảnh hưởng của đối lưu cưỡng bức 5 Chương này xem xét bài toán hạt lưu chất rỗng lơ lửng hóa rắn trong môi trường lạnh dưới sự tác động của một dòng cưỡng bức.

Các thông số không thứ nguyên chính và góc phát triển cũng được xem xét để khảo sát ảnh hưởng của chúng lên hình dạng và thời gian hóa rắn của hạt. Cuối cùng là phần kết luận đưa ra tóm tắt các kết quả đã đạt được và những vấn đề cần giải quyết trong tương lai. Một số khái niệm, định nghĩa cơ bản Sau đây là một số khái niệm, định nghĩa cơ bản các kí hiệu, thuật ngữ được dùng trong luận án. - Hạt lưu chất là hạt được tạo thành bởi một hoặc nhiều lưu chất (ở đây là chất lỏng, chất khí) không trộn lẫn và được nhúng trong một lưu chất khác.

Với sự có mặt của sức căng bề mặt trên bề mặt lưu chất, các hạt lưu chất được hình thành. - Hạt lưu chất đa thành phần là hạt lưu chất bên trong có chứa các hạt lưu chất con khác (xem Hình 1. - Hạt lưu chất rỗng là hạt lưu chất đa thành phần mà có một hạt bóng khí bên trong. - Hiện tượng chuyển pha của hạt lưu chất (ở đây là hiện tượng hóa rắn) là hiện tượng hạt lưu chất chuyển từ pha lỏng sang pha rắn khi hạt lưu chất trong một môi trường lạnh hoặc hạt tiếp xúc với các tác nhân khác có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ hóa rắn của lưu chất.

- Bề mặt lạnh (ở đây là bề mặt phẳng lạnh) là bề mặt đặt hạt lưu chất được giữ ở một nhiệt độ cố định và nhiệt độ này nhỏ hơn nhiệt độ hóa rắn của lưu chất. Trong nghiên cứu này, hạt đa thành phần đơn nhân là hạt lưu chất rỗng (hạt lưu chất có một hạt bóng khí bên trong). Vì vậy, chỉ có vỏ chất lỏng bao quanh hạt bóng khí của hạt chuyển pha trong quá trình hóa rắn. Một số hình dạng của hạt đa thành phần [15] 7 - Đối lưu cưỡng bức là dòng được áp đặt chảy bao quanh hạt lưu chất, ở đây, dòng có vận tốc và nhiệt độ được cho sẵn và được giữ nguyên trong quá trình hóa rắn.

Ký hiệu các số không thứ nguyên được sử dụng trong luận án và ý nghĩa của chúng là: - Re - số Reynolds, đặc trưng cho sự ảnh hưởng giữa lực quán tính với lực nhớt của lưu chất. Số Reynolds được tính toán là:  LU t Re = (1.1)  - St - số Stefan, biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt cảm với nhiệt ẩn chuyển pha. Số Stefan được tính toán như sau: C p (Tm − Tc ) St = (1.2) Lh - Bo - số Bond, đặc trưng cho sự ảnh hưởng của lực hấp dẫn và lực căng bề mặt của lưu chất. Số Bond được tính toán như sau:  gL2 Bo = (1.3) o - We - số Weber, đại diện cho lực quán tính so với lực căng bề mặt của lưu chất.

Số Weber được tính như sau:  LU t2 We = (1.4) o - Pr - số Prandtl, biểu thị mối quan hệ giữa khuếch tán động lượng với khuếch tán nhiệt. Số Prandtl được tính là: Cp Pr = (1.5) k - Oh - số Ohnesorge, biểu thị mối quan hệ của lực nhớt với lực quán tính và lực căng bề mặt. Số Ohnesorge được tính là: 8  Oh = (1.6)  L o Trong các công thức (1.6), ta có: ρ: khối lượng riêng (Kg/m3) L: chiều dài tham chiếu (m) Ut: vận tốc tham chiếu (m/s) µ: độ nhớt động lực (Kg/(m.s)) Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp (J/K) Tm: nhiệt độ chuyển pha (oK) Tc: nhiệt độ tác nhân gây hóa rắn (oK) Lh: nhiệt ẩn chuyển pha (J/kg) g: gia tốc trọng trường (m/s2) σo: hệ số sức căng bề mặt tham chiếu (N/m) k: hệ số dẫn nhiệt (W(m. Tổng quan về sự hình thành hạt lưu chất đa thành phần Hạt lưu chất đa thành phần (gọi tắt là hạt đa thành phần) có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp.

Vậy hạt đa thành phần được tạo ra như thế nào? Sau đây là một số phương pháp tạo ra chúng. Sự tách hạt của tia lưu chất Việc tạo ra hạt đa thành phần có thể xuất hiện do sự tách hạt của tia lưu chất bằng việc cho lưu chất qua một vòi phun co hẹp dẫn đến sự tách hạt của tia lưu chất và hạt này đi qua các môi trường lưu chất khác nhau. Điển hình như công trình nghiên cứu của Chen và cộng sự [16]. Theo đó, một ống thu hẹp cùng một ống loe rộng được đặt đồng tâm với nhau và được lồng trong một ống lớn hơn (Hình 1.

Một hạt lưu chất đơn trong ống thu hẹp (pha trong) được hình thành nhờ việc cho lưu chất đi qua vòi phun thu hẹp (tạo thành tia lưu chất). Do tia lưu chất tách hạt khi đi qua ống thu hẹp và sau đó, các hạt này đi qua một lưu chất khác trong pha giữa tạo thành một lớp lưu chất khác bao quanh hạt. Hạt và lớp lưu chất bao bọc tiếp tục 9 Hình 1. Hạt đa thành phần hình thành nhờ sự tách hạt của tia lưu chất khi lưu chất đi qua các vòi phun đồng trục [16] qua pha ngoài (lưu chất ngoài) vào ống loe rộng thứ hai.

Việc đi qua ống loe này sẽ làm tách hạt để tạo ra một hạt đa thành phần đơn nhân di chuyển trong môi trường lưu chất khác. Ji và cộng sự [17] đã trình bày một công trình tương tự để tạo ra các hạt lưu chất đa thành phần. Theo đó, lưu chất được đi qua một ống thu hẹp. Ống thu hẹp này được đặt vuông góc và giao tại điểm co thắt với một ống lưu chất co thắt nằm ngang (Hình 1.

Lưu chất qua ống thu hẹp và bị một dòng lưu chất khác trong ống co thắt cắt qua tạo thành các hạt đa thành phần (một, hai, ba hoặc bốn nhân). Tiếp tục hạt đa thành phần này lại di chuyển trong một môi trường lưu chất khác sau khi qua đoạn co thắt của ống. Sự hình thành hạt đa thành phần khi cho lưu chất đi qua các kênh cắt nhau [17] 10 Việc tạo hạt đa thành phần cũng có thể được tạo ra từ một cặp vòi phun đồng trục như công trình thực nghiệm của Vũ và cộng sự [18] và Bhagat và cộng sự [19].4 thể hiện kết cấu của một cặp vòi phun đồng trục trong thí nghiệm của Bhagat và cộng sự [19]. Theo đó, lưu chất trong bình được ép chuyển động qua một vòi phun lớn (vòi phun ngoài) mà bên trong có chứa một vòi phun nhỏ (vòi phun trong) đồng trục.

Theo đó, lưu chất sẽ được đẩy xuống qua khe giữa vòi phun trong và vòi phun ngoài. Đồng thời khí (hay một lưu chất khác) cũng được đẩy xuống từ vòi phun trong. Sau khi qua một cặp vòi phun đồng trục như vậy sẽ tạo ra một hạt lưu chất rỗng. Sự co lại của sợi lưu chất đa thành phần Một sợi lưu chất đa thành phần đang trong quá trình co lại cũng có thể tạo ra các hạt đa thành phần khi quá trình co lại kết thúc.

Hồ và cộng sự [20] đã thực hiện mô phỏng một quá trình co lại của một sợi lưu chất đa thành phần như vậy (Hình 1. Theo đó, một sợi lưu chất đa thành phần bao gồm một sợi lưu chất mà bên trong có chứa một sợi lưu chất khác. Trong quá trình co lại cùng với sự thay đổi của các thông số khảo sát mà sợi lưu chất có thể tách ra thành các hạt con khác nhau hoặc chúng không tách hạt và tạo thành hạt đa thành phần đơn nhân. Các hạt con này có thể là hạt bao gồm một nhân hoặc nhiều nhân hoặc là hạt lưu chất đơn tùy theo sự thay đổi của các thông số chọn để chạy mô phỏng.

Các nhân của hạt con này có thể có kích thước tương tự nhau hoặc có kích thước khác nhau. Sự hình thành hạt đa thành phần từ một cặp vòi phun đồng trục [19] 11 Hình 1. Sự hình thành hạt đa thành phần do sự co lại của sợi lưu chất đa thành phần với các số Oh khác nhau [20] Trên đây là hai cách phổ biến để tạo ra hạt lưu chất đa thành phần. Ngoài ra, còn một số phương pháp khác để tạo ra hạt lưu chất đa thành phần nhưng chúng không được đề cập ở đây.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu 1. Ứng dụng của hạt đa thành phần Sự hóa rắn của hạt lưu chất nói chung và hạt lưu chất đa thành phần nói riêng xuất hiện trong rất nhiều ứng dụng của đời sống và công nghiệp. Pulatsü và cộng sự [21] đã nghiên cứu mô hình hạt đa thành phần nước-dầu-nước để sử dụng trong chế biến thực phẩm. Các kích thước hạt, đặc tính lưu chất và điều kiện ổn định cũng được tác giả nghiên cứu.

Gần đây, Buyukkestelli và cộng sự [3] đã nghiên cứu việc sử dụng mô hình hạt đa thành phần nước-dầu-nước để tăng độ ngọt và giảm nồng độ đường trong thức ăn. Việc tiêu thụ đường quá mức sẽ gây ra một số bệnh như béo phì, tiểu đường, bệnh tim mạch, gan nhiễm mỡ,… Do đó việc giảm nồng độ đường tiêu thụ là cần thiết. Theo tác giả, hạt đa thành phần có chứa thêm đường Sucrose sẽ tăng độ ngọt của thức ăn. Sử dụng hạt đa thành phần sẽ ngọt hơn việc sử dụng hạt đơn với cùng lượng đường Sucrose.