عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی عددی مرتبه بالای دستگاه‌های Microfluidics
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2410;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59284
- تاریخ دفاع
- ۳۱ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- رامین آبکار
- استاد راهنما
- اصغر افشاری
- چکیده
- در دو دهه گذشته، تولید حباب های با اندازه کوچکتر از چند میلیمتر در شاخه ای از مکانیک سیالات به نام Microfluidics، به علت کاربرد های وسیعی چون کنترل واکنش های حساس شیمیایی، تشخیص تومور مغزی، کنترل فرایند جذب دارو توسط بدن انسان، سنجش آنزیم‌ها، بایوسنسور و فرآیند پوشش دادن سطح مورد توجه قرار گرفته است. همانطور که مطالعات تجربی نشان می دهد، عوامل بسیاری چون هندسه دستگاه، کشش سطحی، تنش های ویسکوز، نسبت دبی ها و نسبت چگالی ها در تعیین اندازه حباب تولیدی و نیز مکانیزم تولید نقشی تعیین‌کننده و تاثیرگذار دارا می باشند. از آنجا که نشان دادن تاثیر هر کدام از این پارامتر ها، انجام آزمایش ها را پرهزینه و گاهی غیرعملی می سازد، در این پژوهش روش های عددی مناسب جهت تحلیل آنها مورد بررسی قرار گرفته و گام های موثری جهت توسعه ابزاری قوی برای بررسی پدیده های فیزیکی و عوامل موثر بر آن، با جزئیات و دقت بیشتری برداشته است. به منظور ارزیابی انتخاب مناسب ابزارهای عددی، شش مسئله هدفمند مورد مطالعه قرار گرفته و پس از اطمینان از عملکرد مناسب، هندسه هم‌محورکننده به عنوان یکی از ساده‌ترین و در عین حال کاربردی‌ترین هندسه‌های Microfluidics بررسی شده است. علاوه بر این، استفاده از سرعت ورودی غیریکنواخت فاز ناپیوسته در تشکیل قطرات، پیشنهاد و به عنوان یک طرح جدید مورد مطالعه قرار گرفته است.
- Abstract
- In the past two decades, microfluidic devices have been used to generate bubbles/drops with the size of smaller than few millimeters. This branch of fluid mechanics has wide range of applications such as sensitive chemical reactions, brain tumor diagnosis, drug delivery, enzyme assays, biosensor and surface coating. As experimental studies show, many parameters like device geometry, interfacial tension, viscous stresses, flow rate and density ratios affect the size of bubble/drop, flow regimes. Experimental studies to investigate the effect of all these parameters appear to be very expensive thus not feasible. In this study, a proper flow solver has been developed and used to study various physical phenomena occurred in these devices. The solver utilizes high-order and stable numerical schemes. The solver is validated against several benchmark test cases. Through these simulations, different aspects of the code is examined and its good performance is ensured as the results are in good agreement with available experimental and analytical data. In this research, a co-flowing device as the simplest and the most useful device of microfluidics is studied. Also, using a variable inlet velocity in the dispersed phase to generate drops at different flow velocities, is suggested and employed.
