Micromixing in a two-phase system in laminar flow

Praca poświęcona jest mieszaniu na skalę molekularną (mikromieszaniu) płynów w układzie dwufazowym. Przedstawiono w niej wyniki modelowania deformacji kropel fazy rozproszonej w liniowym polu prędkości oraz dyfuzji molekularnej inertnego znacznika na zewnątrz kropel. Symulacje mikromieszania wykonano przyjmując, że przepływ jest izotermiczny i stabilny do momentu rozpadu kropel lub do chwili uzyskania przez nie stałego kształtu. Wyznaczono wpływ napięcia międzyfazowego na czas mikromieszania dla różnych wartości szybkości ścinania i współczynnika dyfuzji molekularnej znacznika. Tę metodę można wykorzystać do optymalizacji procesów mieszania, w których miesza się ciecze o dużej lepkości.This work is concerned with mixing on the molecular scale (micromixing) of fluids in a two-phase system. Modeling results dealing with the deformation of dispersed phase drops in a linear flow field and molecular diffusion of inert tracer outside the drops are presented. Micromixing simulations were conducted under the assumption that flow is isothermal and stable until disruption of drops or until obtaining by them a stable shape. The effect of interfacial tension on micromixing time for different values of shear rate and tracer molecular diffusivity coefficient was determined. This method can be applied to optimize mixing processes in which liquids of high viscosity are mixed

Influence of viscosity difference on the instability of the core-annular flow

The process of destabilisation of an axi-symmetric, core-annular flow (CAF) of two Newtonian fully miscible liquids widely differing in viscosity is investigated. Formation of periodic structures is observed in experiments, predicted by the linear stability theory and simulated numerically using the volume of fluid method (VOF). Possible influence of this phenomenon on mixing on the molecular scale is discussed

Zastosowanie metody regulującego trasera w badaniu chaotycznego mieszania w mieszalniku rurowym w formie giętych kolan przekręconych naprzemiennie względem siebie

The paper presents the results of experimental study of reactive laminar mixing in a tubular reactor made up of a succession of pipe bends, alternately rotated by 90° with respect to the preceding bend. A system of competitive parallel reactions: acid-base neutralization and ester hydrolysis were used in the experiments. It was found that selectivity of test reactions depends strongly on the Reynolds number in a range of 80 < Re < 1200. The Dean roll-cells, formed in consecutive pipe bends, periodically change their orientation resulting in chaotic advection and faster mixing. A material processed in this mixer is not exposed to high shear rate or fouling, and pressure drop is low. Such features of an on-line mixer are desirable in the polymer, cosmetic and food industry.Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych mieszania laminarnego z reakcją chemiczną w reaktorze rurowym w formie giętych kolan, przekręconych naprzemiennie względem siebie o kąt 90°. W eksperymentach użyto reakcji konkurencyjnych i równoległych: neutralizacji kwasu zasadą i hydrolizy alkalicznej estru. Wykazano, że selektywność reakcji testowych silnie zależy od liczby Reynoldsa w przedziale 80 < Re <1200. Komórki Deana, powstałe w kolejnych wygiętych odcinkach rur, periodycznie zmieniają swoją orientację, co prowadzi do powstania chaotycznej adwekcji i przyspiesza mieszanie. Materiał nie podlega dużym szybkościom ścinania, nie osadza się na ściankach, a spadek ciśnienia jest niewielki. Takie cechy mieszalnika przepływowego są pożądane w przetwórstwie polimerów, przemyśle kosmetycznym i spożywczym

Bronchial Mucus as a Complex Fluid: Molecular Interactions and Influence of Nanostructured Particles on Rheological and Transport Properties

Transport properties of bronchial mucus are investigated by two-stage experimental approach focused on: (a) rheological properties and (b) mass transfer rate through the stagnant layer of solutions of mucus components (mucine, DNA, proteins) and simulated multi-component mucus. Studies were done using thermostated horizontal diffusion cells with sodium cromoglycate and carminic acid as transferred solutes. Rheological properties of tested liquids was studied by a rotational viscometer and a cone-plate rheometer (dynamic method). First part of the studies demonstrated that inter-molecular interactions in these complex liquids influence both rheological and permeability characteristics. Transfer rate is governed not only by mucus composition and concentration but also by hydrophobic/hydrophilic properties of transported molecules. Second part was focused on the properties of such a layer in presence of selected nanostructured particles (different nanoclays and graphene oxide) which may be present in lungs after inhalation. It was shown that most of such particles increase visco-elasticity of the mucus and reduce the rate of mass transfer of model drugs. Measured effects may have adverse impact on health, since they will reduce mucociliary clearance in vivo and slow down drug penetration to the bronchial epithelium during inhalation therapy