Exploring the bioenergy potential of microfluidics: The case of a T-micromixer with helical elements for sustainable energy solutions

Abstract

Este estudio explora la posible aplicación de los microfluidos en el campo de la bioenergía, con especial atención al potencial energético del biogás derivado de los sarmientos, un material de desecho abundante localmente. Se ha analizado la capacidad de mezcla mejorada de un micromezclador para hacerlo adecuado para aplicaciones de energía de microfluidos. El índice de mezcla, la caída de presión y las mediciones cinemáticas dentro del micromezclador en T con elementos helicoidales y sus rendimientos de mezcla relacionados se estudiaron y validaron mediante CFD para diferentes valores del número de Reynolds (0,1–60) para fluidos miscibles newtonianos laminares. Se examinaron más a fondo las características geométricas para mejorar el rendimiento de la mezcla. Se evaluaron y compararon varios valores de ángulos torcidos para elegir el ángulo óptimo. Se introdujo un nuevo parámetro, Q, para representar la relación del cuadrado de vorticidad sobre la suma de las intensidades del cuadrado de vorticidad y del cuadrado de deformación. Además, los resultados de la simulación numérica se compararon con los datos proporcionados en la literatura, lo que muestra una concordancia significativa, además de que se puede crear una mezcla de alta calidad con un ángulo geométrico de y un índice de mezcla superior a 0,99. obtenido con números de Reynolds bajos. La investigación numérica de los regímenes de flujo de fluido miscible en los T-microkenics con el ángulo propuesto se puede utilizar para desarrollar el rendimiento de mezcla de los micromezcladores en una amplia variedad de procesos.

This study explores the potential application of microfluidics in the field of bioenergy, with a particular focus on the energy potential of biogas derived from vine shoots, a locally abundant waste material. The enhanced mixing capability of a micromixer has been analyzed to make it suitable for microfluidic energy applications. Mixing index, pressure drop, and kinematic measurements within the T-micromixer with helical elements and their related mixing performances have been studied and validated using CFD for different values of Reynolds number (0.1–60) for laminar Newtonian miscible fluid. Geometrical characteristics were further examined to improve the mixing performance. Various values of twisted angles were evaluated and compared to choose the optimal angle. A new parameter, Q, was introduced to represent the ratio of vorticity square over the sum of vorticity square and deformation square intensities. Furthermore, the results of the numerical simulation were compared with the given data in the literature, showing a significant agreement, in addition to the fact that a high-quality mixture can be created with a geometry angle of and a mixing index above 0.99 can be obtained at low Reynolds numbers. The numerical investigation of the Flow regimes of miscible fluid in the T-microkenics with the proposed angle can be utilized to develop the mixing performance of the micromixers in a wide variety of processes.