پديد آورنده :
محسني رايني، سينا
عنوان :
شبيه سازي عددي جداسازي ذرات در يك سامانه ميكروفلوئيديك به وسيله نيروهاي هيدروديناميكي و نيروي پرتو صوتي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 108ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن ثقفيان
استاد مشاور :
احمدرضا پيشه ور
توصيفگر ها :
جداسازي ذرات , متمركزسازي اينرسي , ميكروفلوئيديك , آكوستوفورسيس , كامسول
استاد داور :
احمد سوهانكار اصفهاني، مهدي نيلي احمد ابادي
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/10/07
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/11/15
چكيده فارسي :
چكيده جداسازي ذرات و سوولها يك مرحوه مهم در اكثر مطالعات بيولوژيكي و زيست پزشكي ميباشد اگرچه در سالهااي اخيار رو هااي ديالكتروفورساي رو متنوعي بار پاياه ابزارهااي باا مقياار ميكارون كاه باا سايال كاار مايكنناد نظيار رو هااي اينرساي رو ساريع و ساازگار باا ذرات آكوستوفورسي ارائه و توسعه داده شدهاند اماا همنناان نيااز باه ياك سيساتم دقيا مگنتوفورسي و رو دو مرحوهاي براي جداساازي ذرات ارائاه بيولوژيكي براي جداسازي ميكروذرات و سوولها ح ميشود در پژوهش حاضر يك رو شده است ذرات در مرحوه اول توسط يك كانال با هندسه خاص متمركز ميشوند و در مرحوه دوم توسط امواج آكوستيك از يكاديگر جدا ميشوند مراحل اراحي هندسه سيستم توسط نرم افزار ساليدوركز و تحويل و شبيهسازي آن توسط نرم افزار كامساوال باه صاورت سهبعدي انجام ميشود پ از بررسيهاي انجام شده دو كانال 1 كانال سينوسي شاكل دايارهاي 2 كاناال زيگازاگ مساتطيوي باراي متمركزسازي ذرات در مرحوه اول كه سازگاري مناسبي با ناحيه آكوستيك دارند انتخاب شدند در تماامي شابيهساازيهاا شارع عادم بر روي ديوارهها و عدم تاثيرگذاري ذرات بر يكديگر و همننين بر سيال در نظر گرفته شده اسات در گاام نخسات جرياان آرام لغز داخل كانال متمركزساز شبيهسازي ميشود و ميدان جريان سرعت و فشار بدست ميآيد در گام بعد ميدان سرعت و فشار آكوستيك كوچكي در معادالت ناوير استوك ميباشد به دست مايآياد در نهايات باا مشاخ اختالالت جزئي مرتبه اول كه اغتشا به رو بودن ميدان حل در تمامي كاناال مايتاوان نياروي وارده بار ذرات را محاسابه كارد و مساير حركات آنهاا را بدسات آورد در سيساتم پيشنهادي اول كه متمركزساز آن يك كانال سينوسي شكل دايرهاي ميباشد مقدار دبي ورودي از 001 تا 004 ميكروليتر بر دقيقاه ماورد شد دبي 092 ميكروليتر بر دقيقه مناسبترين حالت براي پيش متمركزسازي ناحياه آكوساتيك مايباشاد مطالعه قرار گرفت كه مشخ شدن تاثير اندازه ذرات بر متمركز شدن آنها مورد بررسي قرا گرفتند در نهايت همننين ذرات با اندازه 2 تا 51 ميكرومتر براي مشخ اين نتيجه حاصل شد كه ذرات 8 و 21 ميكرومتري را ميتوان در دبي 092 ميكروليتر بر دقيقه توسط يك كانال سينوساي شاكل متمركاز كرد و در مرحوه دوم توسط امواج آكوستيك با فركان 2 مگاهرتز از يكديگر جدا كرد در سيستم پيشانهادي دوم ابتادا متمركزساازي ذرات 3 5 و 01 ميكرومتري در يك كانال زيگزاگ مستطيوي با دبي ورودي 053 ميكروليتر بر دقيقه مورد بررساي قارار گرفات نتااي نشان ميدهد كه ذرات 5 و 01 ميكرومتري به خوبي در نزديكي ديوارههاي جانبي كانال متمركز ميشوند و ذرات 3 ميكرومتاري تمركاز كمتري دارند توسط اين سيستم ميتوان ذرات 3 و 01 ميكرومتري و همننين ذرات 5 و 01 ميكرومتري را توسط امواج 1 مگااهرتزي از هيدروديناميك و آكوستوفورسي ميتوان تاوان يكديگر جدا كرد نتاي حاصل از اين پژوهش نشان ميدهد با تركيب كردن دو رو عموياتي سيستم جداساز را به مقدار قابل توجهي نسبت به رو هاي تك مرحوه اي افزايش داد كلمييات كليييدي جداسااازي ذرات متمركزسااازي اينرسااي ميكروفووئيااديك آكوستوفورسااي كامسااول هفده
چكيده انگليسي :
109Numerical Simulation of Particle Separation in Microfluidics System by Hydrodynamic and Acoustic Radiation Forces Seyed Sina Mohseni Rayeni Sina mohseni@me iut ac ir Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Mohsen Saghafian saghafian@iut ac irAbstractSeparation of micron scale particles and cells is a critical step for a variety of many biological andbiomedical studies Although in the past years a variety of microfluidic based techniques have beendeveloped such as Inertial methods Dielectrophoresis Magnetophoresis and Acoustophoresis there isclearly still a demand for a precise fast and biocompatible method for separation of microparticles andcells in the present work a two step system has been proposed for particle separation in the first stepparticles focused in a serpentine micro channel and in the next step separated by acoustic radiation force design of geometry is done in SolidWorks and its analysis and simulation are done in three dimensions inComsol Multiphysics After studies two channels 1 circular sinusoidal channel 2 rectangular zigzagchannel were selected to focus the particles in the first stage which are well compatible with the acousticseparation region In this research no slip boundary condition on walls and bounce condition for collisionof the particle to walls are considered In addition it is assumed that the collision of the particle to eachother is negligible and also particle motion has no effect on fluid flow First the laminar flow in theserpentine channel is simulated and the flow field velocity and pressure is obtained Then the acousticvelocity and pressure field is obtained by the first order perturbation theory which is a small perturbation inthe Navier Stokes equations Finally it is possible to calculate the force on the particles and obtain theirpath In the first system a sinusial serpentine channel is used to focus the particles The inlet flow rate from100 to 400 l min was studied and it was determined that the flow rate of 290 l min is the most suitablemode for pre focusing the acoustic separation region Particles with a size of 2 to 15 micrometers were alsoexamined to determine the effect of particles size on their concentration Finally it was concluded thatparticles of 8 and 12 m could be focused at a flow rate of 290 l min by a sinusoidal channel and in thesecond stage separated by 2 MHz acoustic waves In the second system the concentration of 3 5 and 10 mparticles in a rectangular zigzag channel in the inlet flow rate of 350 l min was investigated The resultsshow that the 5 and 10 m particles are well concentrated near the side walls of the channel and the 3 mparticles are less concentrated In this system 3 and 10 m particles and also 5 and 10 m particles can beseparated by 1 MHz waves The results of this study show that by combining hydrodynamics andacoustophoresis the throughput of the separation system can be significantly increased compared to single stage methods Keywords Particle Separation Inertial Focusing Microfluidics Acoustophoresis Comsol
استاد راهنما :
محسن ثقفيان
استاد مشاور :
احمدرضا پيشه ور
استاد داور :
احمد سوهانكار اصفهاني، مهدي نيلي احمد ابادي
