مدل سازی سه بعدی اجزای محدود حرکت ذره تحت اثر نیروی تابشی آکوستیکی در میکروکانال

آکوستوفلویدیک، به معنی مطالعه آکوستیک در سیستم های میکروفلویدیک، بستر تجزیه و تحلیل بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی از جمله جداسازی ذرات، دسته بندی ذرات، تمیزکاری و اختلاط سیستم های چندفازی است. در پژوهش حاضر، یک مدل سه بعدی اجزای محدود برای شبیه سازی حرکت ذرات تحت اثر نیروی تابشی آکوستیکی در میکروکانال های آکوستیکی توسعه داده شده و اندرکنش یک ذره معلق با موج رخداد در میکروکانال بررسی شده است. با استفاده از روش اجزای محدود ابتدا میدان های مرتبه اول ناشی از اعمال موج ایستا محاسبه شده و سپس نیروی تابشی آکوستیکی توسط معادلات اغتشاشی مرتبه دوم به صورت مستقیم محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی برای نیروی تابشی آکوستیکی ابتدا در مقایسه با حل تحلیلی در محدوده ریلی صحت سنجی شده و سپس برای خارج از این محدوده که حل تحلیلی صریحی برای آن موجود نیست بررسی شده است. علاوه بر این، حرکت شبه استاتیکی ذره تحت اثر موج آکوستیکی اعمالی در میکروکانال شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی حرکت ذره، تنش آکوستیکی روی سطح ذره محاسبه شده و به عنوان ورودی به معادلات جریان آرام منتقل می شود. سپس نیروی درگ براساس تنش برشی ناشی از جریان حول ذره برآورد شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که سرعت ذره به موقعیت آن نسبت به گره موج در مرکز میکروکانال بستگی دارد. با نزدیک شدن ذره به مرکز میکروکانال سرعت آن کاهش یافته تا جایی که در مرکز میکروکانال متوقف می شود.

کلیدواژه ها:

Acoustofluidics ، Acoustic Radiation Force ، Finite Element Method ، Microchannel ، آکوستوفلویدیک ، نیروی تابشی آکوستیکی ، روش اجزای محدود ، میکروکانال