توصیف عددی چگونگی تمرکز نانوذرات در یک لنز آیرودینامیکی

لنزهای آیرودینامیکی در ورودی طیف سنج جرمی آیروسول به کار می رود. از این دستگاه برای شناسایی نوع و تعداد ذرات معلق در هوا استفاده می شود. در مطالعه حاضر جریان گاز-ذره داخل لنز و در طول عبور از هر لنز و فاصله بین دو لنز و قبل و بعد از نازل با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی، فلوئنت مدلســازی می شود. ذرات از ورودی لنز تزریق شده و مسیر حرکت ذرات با فرض لاگرانژی به دست می آید. در این راستا تاثیر ذرات بر روی هم و تاثیر حرکت ذرات بر جریان سیال قابل صرفنظر کردن است. فرض می-شود که ذراتی که به دیواره برخورد می کنند جذب دیواره شوند. سیستم لنز آیرودینامیکی شامل یک سری اریفیسهای هم مرکز بوده که ذرات در حین عبور از داخل آن در مرکز لنز متمرکز شده و تشکیل بیم ذرات را می دهند. ذرات بزرگ به دلیل نیروی اینرسی بزرگ به دیواره لنز برخورد کرده لکن به دیواره چسبیــده و از محاسبات خارج می شوند و ذرات کوچک با دنبال کردن خطوط جریان سیال، همگرا نمی شوند. رژیم جریان برای لنزهای آیرودینامیکی در محدوده جریان لغزشی قرار دارد. دیواره لغزشی لنزهای آیرودینامیکی با کد نویسی در فلوئنت مدلسازی می شود. برای مدلسازی دیواره لغزشی از روش تغییر تنش برشی در دیواره استفاده شده است. اثرات لغزشی بر روی ذرات با کدنویسی در فلوئنت و تصحیح نیروی درگ استوکس با استفاده از روش کانینگهام به دست می آید. حرکت براونی بر روی ذرات کوچک، تاثیر گذاشته و باعث پراکندگی ذرات در قبل و بعد از نازل می شود. ذرات با قطر متوسط بین 100 الی 500 نانومتر و همچنین ذراتی که دارای جرم مولکولی بیشتری هستند به دلیل نیروی اینرسـی متوسطی که دارند، بهتر متمرکز می-شوند. ذرات با قطرهای زیاد، به دلیل نیروی اینرسی بالایی که در ورود به اریفیسها دارند قادر به تغییر دادن مسیر نبوده و به دیواره اریفیس برخورد می کنند.