Three-dimensional simulations of two-phase plug flow in a microfluidic channel
Notice bibliographique
Résumé
A fundamental understanding of two-phase flow behavior in microfluidics is crucial for various technological applications across different disciplines, including energy, chemical, and material engineering, as well as biomedical, environmental, and pharmaceutical sciences. In this work, we elucidate the flow fields of low Capillary number [Ca ∼O(10−3)] segmented Taylor flows of immiscible CO2 emulsions/bubbles transported by water in a low aspect ratio microchannel. We conducted high-resolution two- and three-dimensional (2D and 3D) numerical simulations using an improved volume-of-fluid two-phase flow solver and validated their accuracy against experimental data. Our results show that 3D simulations are necessary to accurately capture the dynamics of liquid and supercritical CO2 emulsions produced at relatively higher Ca. The 3D simulation results also reveal diverse patterns of spanwise vortices, which are overlooked in 2D simulations. Calculating the Q-criterion in 3D revealed that vortices with relatively higher vorticity magnitudes are adjacent to the sidewalls, with the strongest ones emerging across the microchannel in the third dimension. More specifically, gaseous CO2 bubbles display relatively intense vortex patterns near the interfacial region of the bubble body and the cap due to the influence of the surrounding thin liquid film and slug flow. At higher Ca, liquid and supercritical CO2 emulsions exhibit similar flow dynamics, however, with prominent vortex patterns occurring in the upstream cap region. These findings pinpoint specific areas within the emulsions/bubbles that require attention to enhance stabilization or exchanging mechanisms for low-Ca Taylor flow of emulsions/bubbles.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».