شبيه‌سازي عددي سه بعدي بر‌هم‌كنش سيال-جامد حركت سلول تحت تاثير نيروهاي تابشي آكوستيكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

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.

216100

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

داوود سعيدي

مهدي نيلي احمدآبادي، مسعود مددالهي

محسن ثقفيان