Kapljevinski mikrocurki, proizvedeni z uporabo plinskih dinamičnih navideznih šob, se uporabljajo kot nosilci vzorcev za interakcijo z X-žarki iz laserjev na proste elektrone v serijski femtosekundni kristalografiji (SFX). Izdelana je numerična raziskava vpliva konstrukcije konvergentno divergentne (CD) šobe na formacijo mikrocurkov za SFX eksperimente. Karakteristike (dolžina, debelina in hitrost curka) mikrocurkov iz štirih CD šob z različnimi dolžinami in koti divergentnega dela so primerjani s karakteristikami mikocurkov iz standardne konvergentne šobe. Destilirana voda s pretokom 30 ml/min je fokusirana z uporabo helijevega plina konstantnega masnega toka 30 mg/min pri spremenljivi dolžini in kotu divergenčnega dela CD šobe. Obravnavani primer dvofaznega toka je modeliran na osnovi formulacije mešanice dvofaznega stisljivega Newtonskega toka, pri predpostavki, da je helij idealen plin in voda nestisljiva. Za sledenje medfaznemu robu je uporabljana formulacija volumna tekočine, metoda kotrolnih prostornin pa je uporabljena za numerično rešitev. Simulacije so izvedene s pomočjo programa OpenFOAM z reševalnikom compressibleMultiphaseInterFoam, medtem ko sta ParaView in Matplotlib uporabljena za naknadno obdelavo podatkov. Analiza je izvedena, da bi ocenili, ali se z uporabo dodatnega divergenčnega dela šobe debelina curka zmanjšana in se dolžina curka podaljša. Ugotovili smo, da je pri vseh štirih primerih s CD šobami premer curka za 0,75 - 0,85 μm manjši v primerjavi z debelino curka konvergentne šobe 4,45 μm. Dolžina curka je daljša za 20 - 160 μm glede na dolžino curka konvergenčne šobe 497,3 μm, medtem ko je hitrost curka vzdolž srednjice curka povečana za 15 - 20 m/s pri CD šobi glede na 48 m/s pri konvergentni šobi. Ta študija lahko služi kot osnova za nadaljnje računalniško podprto načrtovanje CD šob z drugimi geometrijami, pogoji delovanja in drugimi tekočinami in plini.
|
