پديد آورنده :
حافظي بختياري، كامران
عنوان :
شبيه‌سازي عددي سه بعدي برهمكنش سيال-جامد حركت سلول تحت تاثير نيروهاي تابشي آكوستيكي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 90ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن ثقفيان
استاد مشاور :
داوود سعيدي
توصيفگر ها :
ميكروسيال , سلول , موج ايستاي آكوستيكي , نيروي اوليه تابشي آكوستيكي , نيروي ثانويه تابشي آكوستيكي , جريان خزشي , برهمكنش سيال-جامد
استاد داور :
مهدي نيلي احمدآبادي، مسعود مددالهي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/08/30
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/08/30
چكيده فارسي :
در سال‌هاي اخير تعداد زيادي دستگاه هاي ميكروسيال جداسازي و مرتب‌سازي سلول‌ها به روش آكوستيكي براي كاربردهاي بايوپزشكي توسعه داده شده‌اند. نيروي تابشي آكوستيكي به دو نوع نيروي اوليه تابشي آكوستيكي و نيروي ثانويه تابشي آكوستيكي تقسيم بندي مي‌شود. نيروي ثانويه تابشي آكوستيكي يا نيروي بين ذره‌اي تابشي آكوستيكي، زماني كه چند ذره در يك ميدان آكوستيكي حضور دارند، ايجاد مي‌شود. يكي از نيروهاي مهم در جداسازي آكوستيكي سلول‌ها نيروي ثانويه آكوستيكي است، سلول‌ها با پراكنده كردن موج فشاري از سطح خود به يكديگر نيروي ثانويه آكوستيكي وارد مي‌كنند و اين نيرو مي‌تواند بر روي مسير حركت سلول‌ها تاثيرگذار باشد. در اين پژوهش به بررسي عددي حركت ذرات تحت نيروهاي آكوستيكي به خصوص نيروي ثانويه آكوستيكي ناشي از وجود ذره‌ي جامد ثابت و نيروي درگ ناشي از جريان در ميكروكانال، به روش سيال-جامد (FSI) پرداخته مي‌شود. در ابتدا الگوريتمي براي انتقال تنش آكوستيكي ناشي از ميدان ايستاي آكوستيكي به سطح ذره توسعه داده مي‌شود. سپس صحت نتايج عددي با روابط تئوري و نتايج آزمايشگاهي سنجيده مي‌شود. براي اينكار ابتدا حركت ذره پلي استايرن در ميكروكانال تحت نيروي تابشي آكوستيكي و نيروي درگ مورد بررسي قرار گرفت و نتايج با روابط تحليلي گوركوو و معادلات حركت نيوتني مقايسه شد، سپس شبيه‌سازي حركت ذره پلي استايرن تحت نيروي ثانويه و اوليه آكوستيكي با نتايج آزمايشگاهي مورد اعتبارسنجي قرار گرفت. در نهايت با تغيير پارامترهايي همچون عدد رينولدز جريان خزشي، جنس و محل قرارگيري ذره‌ي جامد ثابت و همچنين فركانس و فشار موج ايستاي آكوستيكي، حركت سلول گلبول سفيد (WBC) در نزديكي ذره ثابت بررسي شد. طبق نتايج شبيه‌سازي براي پارامتر‌هاي مختلف، با افزايش عدد رينولدز جريان نيروي بين ذره‌اي آكوستيكي به صورت دافعه عمل مي‌كند. همچنين با افزايش فاصله‌ي ذره‌ي جامد ثابت از گره فشار، در بازه بزرگتري از اعداد رينولدز، نيروي بين ذره‌اي آكوستيكي به صورت جاذبه است.
چكيده انگليسي :
In recent years, a large number of microfluidic devices utilizing the acoustic radiation force (ARF) for cell manipulation and separation in biomedical applications have been developed. Two types of Acoustic radiation force are the primary acoustic force and the secondary acoustic force. The secondary radiation force exists when multiple particles are excited by the same acoustic wave field. The secondary acoustic radiation force plays an important role in cell separation. the scattered acoustic field from cells acts as a secondary acoustic source causing the secondary acoustic radiation force which could affect the trajectory of cells. In the present research, by using the fluid structure interaction (FSI) method, motion of a particle under the primary acoustic radiation force, the secondary acoustic radiation force due to the presence of a larger particle and drag have been studied. First, an algorithm for transferring the second order acoustic stress, caused by a standing acoustic wave, to the surface of a particle has been developed. In the next step, simulation results are validated using theoretical and experimental results. The results for polystyrene particle motion in the creeping flow under primary acoustic force were validated using Gor’kov acoustic radiation force and equations of motion. The numerical results for secondary acoustic radiation force and particle trajectory were validated using experimental data. Ultimately, by changing parameters such as Reynolds number of the creeping flow and the position and the material of a larger fixed particle, the motion of a white blood cell (WBC) was investigated. According to the results of simulation, increasing Reynolds number of the creeping flow leads to a repulsive secondary acoustic radiation force; also, it is shown the fixed particle at greater distances from the pressure node exerts a more powerful attractive secondary acoustic radiation force. Therefore, the WBC can be attracted to the fixed particle at higher Reynolds number creeping flows.
استاد راهنما :
محسن ثقفيان
استاد مشاور :
داوود سعيدي
استاد داور :
مهدي نيلي احمدآبادي، مسعود مددالهي
