Nghiên cứu tương tác hạt chất lỏng với bề mặt rắn dưới tác động mao dẫn nhiệt

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Các khái niệm cơ bản và định nghĩa

1.2. Các nghiên cứu về tương tác của hạt chất lỏng với bề mặt rắn có tính đến ảnh hưởng của mao dẫn nhiệt trên thế giới

1.3. Tương tác dạng cản trở

1.4. Tương tác dạng trực tiếp

1.5. Tình hình nghiên cứu tương tác của hạt chất lỏng với bề mặt rắn có kể đến mao dẫn nhiệt ở Việt Nam

1.6. Một vài nhận xét về tình hình nghiên cứu chuyển động của hạt chất lỏng trên bề mặt rắn dưới tác động của mao dẫn nhiệt ở trên thế giới và ở Việt Nam

2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TƯƠNG TÁC CỦA HẠT CHẤT LỎNG VỚI BỀ MẶT RẮN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MAO DẪN NHIỆT

2.1. Các hệ phương trình cơ bản và giả thiết đóng kín

2.2. Phương pháp theo dấu biên

2.3. Xây dựng biên phân cách

2.4. Xác định đặc tính cho từng chất lỏng

2.5. Tính toán sức căng bề mặt

2.6. Di chuyển biên phân cách

2.7. Mô hình toán thể hiện động lực học góc tiếp xúc giữa bề mặt rắn và hạt chất lỏng

2.8. Phương pháp giải và lược đồ giải

2.9. Rời rạc hóa thành phần khuếch tán và thành phần đối lưu

2.10. Điều kiện biên cho vận tốc

2.11. Xấp xỉ hóa phương trình năng lượng

2.12. Điều kiện biên cho nhiệt độ

2.13. Nhận xét về kết quả đạt được

2.14. Hạt chất lỏng hai lớp di chuyển trong kênh dẫn thẳng (tương tác dạng cản trở)

2.15. Hạt chất lỏng tương tác trực tiếp với bề mặt rắn

2.16. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TƯƠNG TÁC CỦA HẠT CHẤT LỎNG ĐA LỚP VỚI BIÊN DẠNG CỦA KÊNH DẪN THẮT LẠI TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẲNG NHIỆT

3.1. Mô hình bài toán và phương pháp mô phỏng

3.2. Kết quả và thảo luận

3.3. Ảnh hưởng của số mao dẫn

3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ bán kính giữa hạt chất lỏng bên trong và bên ngoài

3.5. Ảnh hưởng của tỷ số sức căng bề mặt của hạt chất lỏng bên trong với hạt chất lỏng bên ngoài

3.6. Ảnh hưởng của tỷ số giữa bán kính hạt chất lỏng bên ngoài và bán kính kênh dẫn

3.7. Ảnh hưởng của độ thắt lớn nhất của kênh dẫn

3.8. Biểu đồ trạng thái

3.9. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG TƯƠNG TÁC CỦA HẠT CHẤT LỎNG VỚI BỀ MẶT RẮN KHÔNG DÍNH ƯỚT CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MAO DẪN NHIỆT

4.1. Mô hình bài toán và phương pháp mô phỏng

4.2. Kết quả và thảo luận

4.3. Ảnh hưởng của số Marangoni

4.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích giữa hạt chất lỏng bên trong và bên ngoài

4.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ sức căng bề mặt của hạt chất lỏng bên trong và bên ngoài

4.6. Ảnh hưởng của số Bond

4.7. Ảnh hưởng của số Weber

4.8. Ảnh hưởng của số Reynolds

4.9. Biểu đồ trạng thái

4.10. Kết luận chương 4

5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT CHẤT LỎNG TRÊN BỀ MẶT DÍNH ƯỚT DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MAO DẪN NHIỆT

5.1. Mô hình bài toán và phương pháp mô phỏng

5.2. Kết quả và thảo luận

5.3. Ảnh hưởng của tỷ số độ nhớt giữa chất lỏng bên ngoài và chất lỏng trung gian

5.4. Ảnh hưởng của tỷ số bán kính tương đương của hạt chất lỏng bên ngoài và bán kính hạt chất lỏng bên trong

5.5. Ảnh hưởng của góc tiếp xúc tĩnh

5.6. Biểu đồ trạng thái

5.7. Kết luận chương 5

KẾT LUẬN CHUNG

HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA NCS

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan nghiên cứu

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quát về các khái niệm cơ bản liên quan đến tương tác hạt, chất lỏng, và bề mặt rắn. Đặc biệt, nó nhấn mạnh vai trò của mao dẫn nhiệt trong việc điều chỉnh hành vi của hạt chất lỏng khi tương tác với bề mặt rắn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tương tác dạng cản trở và tương tác dạng trực tiếp là hai hình thức chính của sự tương tác này. Nghiên cứu về tương tác hạt chất lỏng với bề mặt rắn đã được thực hiện rộng rãi, tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu chỉ tập trung vào hạt chất lỏng đơn lớp. Điều này tạo ra một khoảng trống trong việc hiểu biết về hạt chất lỏng đa lớp, đặc biệt trong các ứng dụng thực tiễn như y học và công nghệ thực phẩm. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp làm rõ các cơ chế tương tác mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực khoa học và công nghệ.

1.1 Các khái niệm cơ bản

Các khái niệm như mao dẫn nhiệt, hạt chất lỏng đa lớp, và bề mặt rắn được định nghĩa rõ ràng. Mao dẫn nhiệt là hiện tượng mà chất lỏng di chuyển do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các bề mặt. Hạt chất lỏng đa lớp là những hạt có nhiều lớp chất lỏng khác nhau, mỗi lớp có tính chất vật lý riêng biệt. Bề mặt rắn có thể ảnh hưởng đến cách mà hạt chất lỏng tương tác, đặc biệt là trong các ứng dụng vi lỏng. Những khái niệm này là nền tảng cho việc hiểu rõ hơn về các hiện tượng xảy ra trong nghiên cứu này.

1.2 Tình hình nghiên cứu hiện tại

Tình hình nghiên cứu về tương tác hạt chất lỏng với bề mặt rắn đã có nhiều tiến bộ. Tuy nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hạt chất lỏng đơn lớp. Việc thiếu hụt nghiên cứu về hạt chất lỏng đa lớp đã dẫn đến những hiểu biết hạn chế về cách mà các hạt này tương tác với bề mặt rắn dưới tác động của mao dẫn nhiệt. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tương tác dạng cản trở và tương tác dạng trực tiếp có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị vi lỏng. Do đó, việc mở rộng nghiên cứu sang hạt chất lỏng đa lớp là cần thiết để phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực này.

II. Xây dựng chương trình mô phỏng

Chương này trình bày các phương pháp và mô hình toán học được sử dụng để mô phỏng tương tác của hạt chất lỏng với bề mặt rắn dưới tác động của mao dẫn nhiệt. Các hệ phương trình cơ bản được thiết lập để mô tả động lực học của hạt chất lỏng. Việc xác định các điều kiện biên cho vận tốc và nhiệt độ là rất quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Phương pháp theo dấu biên được áp dụng để theo dõi sự di chuyển của biên phân cách giữa các lớp chất lỏng. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ảnh hưởng của tính chất vật liệu và điều kiện biên đến hành vi của hạt chất lỏng. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong thiết kế các thiết bị vi lỏng hiệu quả hơn.

2.1 Các hệ phương trình cơ bản

Các hệ phương trình cơ bản được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý và hóa học. Những phương trình này mô tả sự chuyển động của hạt chất lỏng và tương tác của chúng với bề mặt rắn. Việc xác định các tham số như độ nhớt, sức căng bề mặt, và nhiệt độ là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Các phương trình này cũng cho phép phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tương tác hạt chất lỏng với bề mặt rắn.

2.2 Phương pháp mô phỏng

Phương pháp mô phỏng được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm các kỹ thuật số hiện đại như mô hình hóa hóa học và mô phỏng động lực học. Các phương pháp này cho phép theo dõi sự di chuyển của hạt chất lỏng và tương tác của chúng với bề mặt rắn trong thời gian thực. Kết quả mô phỏng cho thấy sự ảnh hưởng của mao dẫn nhiệt đến hành vi của hạt chất lỏng, từ đó cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế các ứng dụng trong lĩnh vực vi lỏng.

III. Mô phỏng tương tác của hạt chất lỏng đa lớp

Chương này tập trung vào việc mô phỏng tương tác của hạt chất lỏng đa lớp với bề mặt rắn trong điều kiện đẳng nhiệt. Các kết quả cho thấy rằng số mao dẫn và tỷ lệ bán kính giữa các lớp chất lỏng có ảnh hưởng lớn đến hành vi của hạt chất lỏng. Việc phân tích các yếu tố này giúp hiểu rõ hơn về cách mà hạt chất lỏng đa lớp tương tác với bề mặt rắn và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất của các thiết bị vi lỏng. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghệ thực phẩm.

3.1 Mô hình bài toán

Mô hình bài toán được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý và hóa học. Các tham số như sức căng bề mặt, độ nhớt, và nhiệt độ được xác định rõ ràng để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Mô hình này cho phép phân tích sự tương tác giữa hạt chất lỏng đa lớp và bề mặt rắn trong điều kiện đẳng nhiệt, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi của hạt chất lỏng trong các ứng dụng thực tiễn.

3.2 Kết quả và thảo luận

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng số mao dẫn và tỷ lệ bán kính giữa các lớp chất lỏng có ảnh hưởng lớn đến hành vi của hạt chất lỏng. Sự thay đổi trong các tham số này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong cách mà hạt chất lỏng tương tác với bề mặt rắn. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong việc hiểu rõ hơn về tương tác hạt chất lỏng mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực vi lỏng.

Luận án tiến sĩ: Tương tác của hạt chất lỏng với bề mặt rắn và mao dẫn nhiệt