Simulation of a perfectly dielectric drop in electro-osmotic flow of an electrolyte through a microchannel

Abstract

This research uses a computational fluid dynamic model to simulate motion and deformation of a dielectric drop in electrolyte solution in a microchannel. Different values of wall charge density, the Debye-Hückel parameter and the Weber number (We) were used for uncharged, positively and negatively charged drop interfaces. Drop flow and deformation were analysed and the effects of charge distribution, electric field and permittivity jump were discussed. For a positively charged channel wall, negatively charged drops moved faster and positively charged drops moved slower than an uncharged drop. This effect increased for a higher We. Vortex flows were observed inside the drop. For a low surface tension, the drops were elongated due to electric forces acting on its surface with the charged drops deforming more than the uncharged one. When the permittivity component of the force was removed, the drop had a horizontal deformation that was sufficiently high to cause the negatively charged drop to break up.

Neste trabalho usa-se um modelo de dinâmica de fluidos computacional parasimular o movimento e deformação de uma gota dielétrica numa solução eletrolítica em microcanal. Diferentes valores da densidade de carga da parede, dada pelo parâmetro de Debye-Hückel, e do número de Weber foram usados para gotas com interface neutra e carregada positiva ou negativamente. O fluxo e a deformação da gota foram analisados e os efeitos de distribuição de carga, campo elétrico e descontinuidade da permissividade elétrica são discutidos. Em um canal com parede positiva, gotas carregadas negativamente moveram-se mais rápido, enquanto gotas carregadas positivamente moveram-se mais devagar quando comparadas ao movimento de uma gota neutra. Esse efeito aumentou para um valor maior do número de Weber (We). formações de vórtices foram observadas dentro da gota. Com tensão superficial baixa, as gotas foram alongadas devido à ação de forças elétricas na sua superfície, sendo que as gotas carregadas deformaram-se mais que a neutra. Quando o componente de permissividade da força foi removido, a gota teve uma deformação horizontal que foi suficientemente grande para promover a quebra da gota carregada negativamente. Palavras-chave: Dinâmica de fluidos computacional (CFD); Gota dielétrica; Movimento eletro-osmótico; Solução eletrolítica, Micro canal.