شبيه سازي عددي اختلاط آشوبناك در بيوراكتور كشت سلول

كارشناسي ارشد

امروزه كشت سلول در آزمايشگاه به‌منظور كاربردهاي مختلف هم‌چون كشت بافت، توليد واكسن، بيان ژن‌هاي خاص، بررسي اثر داروها و ... مورد استفاده گسترده قرار مي‌گيرد. جهت كشت در مقياس بالا بيوراكتورهاي كشت سلول توسعه يافته‌اند كه از جمله آن‌ها مي‌توان به بيوراكتورهاي همزن و فلاسك‌هاي اسپينر اشاره كرد. جريان توربولان درون اين بيوراكتورها يك شمشير دولبه است؛ از يك سو بستري مناسب جهت اختلاط فراهم مي‌كند و از سوي ديگر ممكن است منجر به آسيب سلولي ناشي از برش و اثر متقابل با گردابه‌ها شود. در مطالعه حاضر با ارائه طرح جديدي شامل يك مخزن استوانه‌اي با قاعده چرخان اثر آشوب بر اختلاط آرام درون آن بررسي شده است. افزودن يك پره موج‌دار به انتهاي چرخان نوآوري اين هندسه محسوب مي‌شود. شبيه‌سازي عددي جريان آرام و پايا در اين مخزن به‌كمك نرم‌افزار فلوئنت انجام شده است. هندسه و شبكه اين بيوراكتور در نرم‌افزار ICEM CFD ايجاد و سپس معادلات بقاي جرم و مومنتوم در مرجع قاب چرخان در نرم‌افزار FLUENT حل شد. پس از حل جريان و استخراج ميدان سرعت، با ماژول Discrete Phase Model (DPM) ردگيري ذرات صورت گرفت. نتايج حاصل از حل اويلري جريان نشان مي‌دهد با افزايش عدد رينولدز توپولوژي جريان تغيير مي‌كند. توزيع سرعت و رسم خطوط جريان نشان مي‌دهد حضور پره در مخزن منجر به جلو افتادن تشكيل حباب vortex breakdown و ديگر ساختارهاي گردابه‌اي مي‌شود. متوسط تنش برشي در ديواره‌هاي چرخان با افزايش سرعت دوراني افزايش مي‌يابد. نتايج نشان مي‌دهد بيشينه تنش برشي در سيال رابطه خطي با سرعت دوراني ديسك دارد. با ردگيري لاگرانژي شش جفت ذره حساسيت سيستم به شرايط اوليه مشخص مي‌شود. علاوه بر اين با قرار دادن پره در قاعده متوسط نمايي لياپانوف براي شش جفت ذره نسبت به حالت بدون پره افزايش مي‌يابد. هم‌چنين ترسيم مقاطع پوانكاره براي سه توزيع اوليه ذرات و توزيع همگن ذرات در هر گردابه آشوبناكي جريان را در هر ناحيه نشان مي‌دهد.

208648

دانشگاه علم و صنعت ايران

نوروزمحمد نوري

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي ـ سيستم‌هاي انرژي

سيد مصطفي حسينعلي پور