فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصلاول
1-1- مقدمهایبرمیکروسیال‌ها 2
1-2- کاربردمیکروکانال‌ها 4
1-2-1- اندازه‌گیریخواصسطحیسیال 5
1-2-2- سنتزدانه‌هاوذرات 5
1-2-3- اختلاطوواکنش‌هایشیمیایی 6
1-2-4- امولاسیوندلخواه 7
1-2-5- ذراتیبااشکالوهندسهغیرمنظم 8
1-2-6- پژوهش‌هایزیست‌شناختی 10
1-2-7- صنایعغذایی 10
1-3- اعمالتغییراتدرقطرات 11
1-3-1- روشغیرفعالبرایتولیدقطرات 12
1-3-2- روشفعالبرایتولیدقطرات 16
1-3-3- حرکتقطرهدرمیکروکانال 16
1-3-4- جدایشقطره 17
1-3-5- انعقادقطرات 19
1-4- کارهایآزمایشگاهیانجامشده 22
1-5- شبیه‌سازیعددیقطرات 23
1-6- طرحکلی 27
فصلدوم
فصل 2- مقدمه 31
2-1- فرضپیوستگی 31
2-2- معادلاتحاکم 32
2-3- جریانآرام 34
2-4- قانونهاگن- پوازی 34
2-5- ناپایداریریلی- پلاتو 34
2-6- خیس‌کنندگیوکششسطحی 35
1-6-2- خیس‌کنندگی. 35
2-6-2- لزجت …………….. 36
2-6-3- کشش‌سطحی 36
2-6-4- سورفوکتانت 37
2-7- نیروها،مقیاس‌گذاریواعدادبی‌بعد 37
عددکاپیلاری(Ca) 39
عددوبر(We) 39
فصلسوم
فصل 3- روش عددی 40
3-1- مقدمه 41
3-2- نوعشبکه‌زنی 41
3-3- گسسته‌سازیزمانی 44
3-4- گسسته‌سازیفضایی 45
3-5- روشجابجاییخالصحجمسیال 47
3-5-1- بازسازیسطحمشترک 47
3-5-2- جابجاییخالصسطحمشترکومحاسبه‌یشارهندسی 48
3-6- محاسبه‌یکششسطحینیروهایمتوازن 50
3-7- محاسبه‌یانحنایتابعارتفاعتعمیم‌یافته 52
3-7-1- بهینهکردنفرمولتابعارتفاعدرگسسته‌سازیچهارتایی/هشت‌تایی 52
3-7-2- فرمولکلیتابعارتفاعبرایسطحمشترکتحتمحاسبه 53
فصلچهارم
فصل 4- نتایج شبیه‌سازی و بررسی شکل‌گیری قطره ……… 58
4-1- میکروکانالTشکل 58
4-1-1- صحتسنجی 59
4-1-2- تاثیرعددرینولدز 64
4-2- امولاسیوندوگانه 76
4-2-1- شکل‌گیریامولاسیوندوگانه 78
4-2-2- امولاسیوندوگانهبادوعنصردرونی 80
4-2-3- امولاسیوندوگانهویسکوالاستیک 81
فصلپنجم
5-1- نتایجاینپایان‌نامه 84
الف-1 معادله‌یپواسون 87
الف-2 عملگرضریب 88
الف-3 شرایطمرزی 91
ب-1 عبارت‌هایجابجاییخالص 92
ب-2 مساله‌ی سلول کوچک ………………………………………………………………………………………………………….. 95
ج-1 پروجکشن تقریبی ………………………………………………………………………………………………………………… 97
ج-2 پالایش شبکه تطبیقی ………………………………………………………………………………………………………….. 97
د محاسبه‌ی استنسیل ……………………………………………………………………………………………………………… 99
ه پایستاری وضوح فضایی سطح مشترک ………………………………………………………………………………. 102
و بهینه کردن فرمول تابع ارتفاع در گسسته‌سازی چهارتایی/هشت‌تایی ………………………………. 104
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول (2-1) طبقه بندی رژیم‌های جریان با توجه به عدد نادسن ……………………………………………………………………………………. 31
جدول (2-2) خلاصه‌ی اعداد بی‌بعد مرتبط درجریان دوفاز در مقیاس میکرو و مقیاس‌گذاری آنها با توجه یه مشخصه بعد ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 38
جدول (4-1) استقلال از شبکه …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 60
جدول (4-2) استقلال از شبکه …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 80
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل (1-1) مثال‌های مختلف از محصولات صنعتی LOC : الف) کارتریج سیالی همراه با شیرهای متصل به آن برای استفاده در پژوهش‌های پروتئومی و ژنومی مختلف. ب) تکنولوژی اگیلنت 2100، یک تراشه مورد استفاده در تحلیل‌های زیست‌شناختی برای انجام الکتروفورز و فلوسایتومتری. پ) کولیس علوم زیستی Labchip90 برای انجام جدایش‌های الکتروفورز. ت) یک Endosafe-PTS از چارلز ریورز، یک سیستم تشخیص قابل حمل با کارتریج قابل بارگذاری برای انجام سنجش‌های مختلف شامل تست‌های اندوتوکسین، تشخیص گرم منفی بودن(برای باکتری‌ها) … |
3 |
شکل (1-2) مثالی از ذرات ساخته شده با قطرات. الف) حالت‌های مختلف ذرات مغناطیسی هیدروژل (پلیمر آبدوست) شامل کره‌ها، دیسک‌ها و میله‌ها. ب) ذرات جانوس ساخته شده با دو نیمه مختلف فلورسنس …………………….. |
6 |
شکل (1-3) الف) دیاگرام اختلاط قطرات در یک کانال مارپیچی نشان می‌دهد که با عبور سیال از داخل کانال مارپیچ، سطح مشترک بین دو مایع کشیده شده، تغییر جهت داده و چندلایه می‌شود. ب) اختلاط دو مایع لزج در کانال مارپیچ شیاردار. تصاویر فلورسنت خطوط قطرات را نشان می‌دهند. ……………………………………………………………………… |
6 |
شکل (1-4) شبیه‌سازی میکروکانال مارپیچی با استفاده از نرم‌افزار Fluent. ………………………………………………………………. |
7 |
شکل (1-5) مثال‌هایی از امولاسیون‌های پیچیده‌ی تولید شده به وسیله‌ی تولیدکنندگان میکروسیال. الف) قطرات تولید شده به وسیله‌ی سه تولیدکننده‌ی جریان متمرکز که خروجی آنها به یک کانال بوده و قطراتی با ترکیب‌ها و اندازه‌های متفاوت را تولید میکنند. ب) امولاسیون دوگانه تولید شده با استفاده از دو کانال T شکل آب‌گریز. …………….. |
8 |
شکل (1-6) هندسه میکرولوله موئین برای تولید امولاسیون دوگانه از جت‌های هم‌محور. الف) شماتیک هندسه. (ب) امولاسیون‌های دوگانه و چندگانه شامل یک یا چند قطره درونی به وسیله‌ی سری کردن میکروکانال‌ها. …………….. |
9 |
شکل (1-7) مطالعه‌ای بر پایه میکروقطرات در مورد کرم سی-الگانس روی یک تراشه. الف) چیدمانی از 24 قطره که در آن، پیکان به ارگانسیم‌ها اشاره می‌کند و قطرات بین دیواره‌ها به دام انداخته شده‌اند. ب) نمای نزدیکی از سی-الگانس که در قطره شناور است. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
10 |
شکل (1-8) کاربرد امولاسیون دوگانه در فرآیندهای غذایی. (سمت چپ) ساخته شده توسط فرآیند امولاسیون دوگانه (سمت راست) ساخته شده توسط فرآیندهای رایج…………………………………………………………………………………………………………… |
11 |
شکل (1-9) سه نوع تولیدکننده قطرات میکروسیال. شکل‌های الف، پ و ث، نشان‌دهنده‌ی رژیم دریپینگ و شکل‌های ب و ج رژیم جتینگ و شکل ت رژیم اسکویزینگ را نشان می‌دهند. ……………………………………………………………… |
12 |
شکل (1-10) مثالی از میکروکانال با جریان هم محور پله‌ای که برای تولید قطرات مجزا طراحی شده است. …………….. |
13 |
شکل (1-11) رژیم‌های تشکیل قطرات در میکروکانال‌های عرضی. (شکل بالا) دو فاز مایع و سه رژیم اسکوییزینگ، دریپینگ و جتینگ به ترتیب از بالا به پایین. (ب) تاثیر سرعت گاز بر هیدرودینامیک جریان تیلور. …………………………… |
15 |
شکل (1-12) افت فشار در میکروکانال الف) افت فشار به سه قسمت اصلی تقسیم شده. فشار لاپلاس در طول سر و انتهای قطره، افت فشار در طول بدنه‌ی قطره و افت فشار بین دو قطره در فاز پیوسته ب) مقطع عرضی، مجراها و فیلم‌های اطراف قطره در کانال با مقطع مستطیلی [1]. ………………………………………………………………………………………………….. |
17 |
شکل (1-13) جدایش قطره در کانال دوشاخه، اختلاف قطرات تکه نشده (الف – ت) و قطرات تکه شده (ج – د). تعیین جدایش بوسیله‌ی ( ) و سرعت v، توسط نرخ گسترش قطرات قبل از رسیدن به محل اتصال. (ذ) دیاگرام فازی برای جدایش (￭) و عدم جدایش (￮) قطرات [42]. ………………………………………………………………………………………………. |
18 |
شکل (1-14) مثال‌هایی از تکنیک‌های ادغام پسیو. الف) نشان می‌دهد که قطرات برای رفع فشار ناشی از انبساط و انقباض مخزن با یکدیگر ادغام می‌شوند. ب) طراحی ستون‌ها. پ) طراحی رفتار سطح (ناحیه‌ی خاکستری قسمتی از میکروکانال با رفتار آبدوست را نشان می‌دهد). …………………………………………………………………………………………………………….. |
20 |
شکل (1-15) مثال‌هایی از تکنیک‌های فعال برای ادغام کردن قطرات. الف) ادغام الکتریکی یک جفت از قطرات. ب) ادغام ترموکاپیلاری به وسیله‌ی لیزر (که با نقطه سفید مشخص شده است). ……………………………………………………………….. |
21 |
شکل (1-16) دونوع شبکه‌بندی در میکروکانال‌ها (بالا) شبکه‌بندی با ساختار یکنواخت. (پایین) شبکه‌بندی با ساختار پالایش شده. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
24 |
شکل (1-17) شبیه‌سازی انجام شده با روش شبکه بولتزمن. ………………………………………………………………………………………….. |
26 |
شکل (1-18) شماتیک میکروکانال T شکل. خط مقیاس برابر می‌باشد. (الف) شبیه‌سازی دوبعدی روی محور x-y.. (ب) شبیه‌سازی سه‌بعدی. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
27 |
شکل (2-1) الف) شرایط خیس‌کنندگی. (چپ) دو فاز به صورت نسبی سطح را خیس میکنند و خط تماس را شکل می‌دهند. (راست) فاز شماره دو ترجیح به خیس‌کنندگی کامل سطح دارد. ب) شرایط تعادل خیس‌کنندگی برای دو فاز با خیس‌کنندگی نسبی، مشخص شدن زاویه‌ی تماس و سه مقدار کشش سطحی [70]. …………………………………………. |
35 |
شکل (3-1) گسسته‌سازی هندسه با استفاده از روش AMR. (الف) 7 سطح پالایش برای انحنا (فاز جداشونده). (ب) شبکه‌ی چهارتایی در نزدیکی سطح مشترک با 7 سطح پالایش. (ج) قطره‌ی در حال ظهور در رژیم جتینگ. ……………… |
42 |
شکل (3-2) مثالی از گسسته‌سازی چهارتایی و درخت متناظر ارائه شده با آن. …………………………………………………………….. |
42 |
شکل (3-3) قید‌های اضافی در گسسته‌سازی چهارتایی. پالایش‌هایی که به دلیل قید‌های گذاشته شده باید انجام شوند با نقطه‌چین نشان داده شده‌اند. ……………………………………………………………………………………………………………………………….. |
43 |
شکل (3-4) تخمین زدن شارهای هندسی. ……………………………………………………………………………………………………………………… |
49 |
شکل (3-5) حالت خاص برای محاسبه‌ی شارهای هندسی بر روی گسسته‌سازی چهارتایی. …………………………………….. |
49 |
شکل(3-6) (الف) استنسیل متقارن برای تخمین مناسبی از ارتفاع سطح مشترک. (ب) استنسیل‌های متقارن بیشتر از هفت سلول باید به منظور به دست آوردن ارتفاع‌های سطح مشترک مناسب مورد استفاده قرار گیرند). (ج) در این مورد تنها دو تا از سه تا ارتفاع‌های سطح مشترک برای استنسیل‌های عمودی یا افقی مناسب هستند[67]………… |
53 |
شکل (3-7) الگوریتم حل. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
56 |
شکل (4-1) هنگامی که یک قطره به خروجی کانال می‌رسد. (الف) 2 بعدی. (ب) 3 بعدی. ………………………………………… |
59 |
شکل (4-2) اندازه‌ی بی‌بعد قطره‌ی ( ) برای شبیه‌سازی دوبعدی به عنوان تابعی از عدد کاپیلاری که با نتایج آزمایشگاهی لی و همکاران. مقایسه شده است. با تغییر دادن سرعت فاز پیوسته عدد کاپیلاری تغییر داده شده است. .. |
60 |
شکل (4-3) حرکت چرخشی در درون قطره محدود شده به دیواره‌های میکروکانال. (الف) تصویر آزمایشگاهی. (ب) خطوط جریان در شبیه‌سازی دوبعدی برای ، و . (ج) تغییرات فشار بین سر و انتهای قطره. جهش فشار لاپلاس برابر در طول سطح مشترک بین دو فاز می‌باشد. ………………………………………… |
61 |
شکل (4-4) مقایسه‌ی بردارهای سرعت در شبیه‌سازی دوبعدی برای قطره‌ی درحال شکل‌گیری در رژیم اسکویزینگ با ون استیجن و همکاران [52]. ، و . (الف) . (ب) . (ج) . ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
62 |
شکل (4-5) یک سیکل شکل‌گیری قطره از مرحله‌ی نفوذ فاز جداشونده به کانال اصلی تا هنگام جدایش. شبیه‌سازی سه بعدی برای و در مقایسه با تصاویر آزمایشگاهی مورد (d) مرجع ]32[. و به ترتیب بیان‌کننده‌ی زمان شبیه‌سازی و زمان آزمایشگاهی می‌باشند. (الف) ، . (ب) ، . (ج) ، . (د) ، . (ه) ، . …………………………………………………………………………………………………………………………… |
63 |
شکل(4-6) عدد رینولدز بزرگتر از یک برای اندازه‌ی بی‌بعد قطرات در شبیه‌سازی دوبعدی به عنوان تابعی از عدد کاپیلاری. چگالی فاز پیوسته برابر مقادیر ، ، و ، به ترتیب برای منحنی‌های A، B، C و D در نظر گرفته شده است. (I) رژیم دریپینگ. (II) رژیم ترنزیشن. (III) رژیم اسکویزینگ. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… |
65 |
شکل (4-7) مراحل شکل‌گیری قطره (در حالت دو بعدی) در رژیم اسکویزینگ برای ، و . (الف) . (ب) . (ج) . (د) . (و) . (ه) . ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. |
68 |
شکل (4-8) یک سیکل تشکیل قطره در رژیم دریپینگ (شبیه‌سازی دو بعدی) برای ، و . (الف) نفوذ فاز جداشونده . (ب) شکل‌گیری قطره پس از جدایش . (ج) شتاب گرفتن انتهای قطره . (د) حالت پایدار و شکل گلوله مانند قطره . …………………………………………….. |
70 |
شکل (4-9) مقایسه گردابه‌های ناشی از جدایش بین دو رژیم اسکویزینگ و دریپینگ. (الف) رژیم اسکویزینگ برای ، و . . (ب) رژیم دریپینگ برای ، و . . (ج) رژیم اسکویزینگ و . (د) رژیم دریپینگ و . ………………… |
71 |
شکل (4-10)مراحل مختلف از شبیه‌سازی دو بعدی برای رژیم پارالل برای ، و . (الف) . (ب) . (ج) . (د) . ………………………………………………… |
72 |
شکل (4-11) تاثیر کناره‌های کانال و تنش برشی بر قطره‌ی در حال شکل‌گیری در کنار محل گلویی برای ، و . (الف) بردار سرعت در مختصات x-y . (ب) بردار سرعت در مختصات x-z . (ج) بردار سرعت در مختصات y-z . ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
74 |
شکل (4-12) شکل‌گیری قطره در رژیم جتینگ ناپایدار برای ، و . شبیه‌سازی سه بعدی همراه با کانتور فشار در وسط محور مختصات z. (الف) . (ب) . (ج) . (د) . (ه) . ……………………………………………………………………………………………………………………………….. |
75 |
شکل (4-13) شکل‌گیری قطره در رژیم جتینگ پایدار (شبیه‌سازی سه بعدی) برای ، و . (الف) . (ب) اندازه‌ی بی‌بعد قطره ( ) پس از اولین جدایش بر روی مقدار 14/1 ثابت شده است. . …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. |
76 |
شکل (4-14) شماتیکی از وسیله‌ی میکروسیالی سلسله‌مراتبی T شکل. ………………………………………………………………………. |
77 |
شکل (4-15) گسسته‌سازی هندسی توسط روش پالایش شبکه تطبیقی. (a) شبکه درختی چهارتایی در کنار سطح مشترک بین دو فاز. (b) کانتور فشار بی‌بعد برای امولاسیون دوگانه با دو جزء درونی. (c) نمای کناری از قطره‌ی بیرونی که قطرات درونی را کپسوله نموده است. (d) نمای کناری قطرات درونی. …………………………………………………………. |
78 |
شکل (4-16) تولید قطره به دلیل جدایش فاز درونی. ……………………………………………………………………………………………………. |
79 |
شکل (4-17) مراحل شکل‌گیری امولاسیون دوگانه. ………………………………………………………………………………………………………. |
79 |
شکل (4-18) شش مرحله شکل‌گیری امولاسیون دوگانه با دو قطره‌ی درونی. …………………………………………………………….. |
81 |
شکل (4-19) نمای کناری از شکل‌گیری امولاسیون دوگانه ویسکوالاستیک. ……………………………………………………………….. |
82 |
شکل (4-20) نمای بالایی شکل‌گیری امولاسیون دوگانه ویسکوالاستیک. ……………………………………………………………………… |
82 |
شکل (الف-1) سه مورد برای محاسبه‌ی گرادیان‌ها در مرکز سلول‌ها: (a) سلول‌ها در یک سطح؛ (b) مرزهای با سلول‌های ریز/درشت؛ (c) مرزهای با سلول‌های درشت/ریز. ……………………………………………………………………………………………. |
89 |
شکل (الف-2) درونیابی درجه دوم استفاده شده برای محاسبه‌ی گرادیان‌ها در مرزهای درشت/ریز. ……………………………. |
90 |
شکل (ب-1) روش بالادست در موردی که سلول‌های همسایه در سطوح متفاوتی هستند. درونیابی خطی به منظور بدست آوردن مقادیر در سمت راست مورد استفاده قرار گرفته است. ………………………………………………………………….. |
93 |
شکل (د-1) چیدمان استنسیل کارتزین منظم. (الف) حالت کارتزین دو بعدی . (ب) حالت سه بعدی |
99 |
شکل (ه-1) ساختن محلی سرعت‌های مرکز سطح دیورژانس‌فری گسسته‌شده. ……………………………………………………………. |
103 |
فهرست علائم |
|
تعقیب‌کننده سطح مشترک بین فازها |
|
فیلتر فضایی |
|
تانسور تغییر شکل |
|
طول قطره |
|
نرمال محلی بر سطح مشتریک بین دو فاز |
|
نرمال بر سطح مشترک بین دو فاز |
|
فشار |
|
نسبت نرخ جریان‌های ورودی دو فاز |
|
شعاع انحنای سطح مشترک |
|
بردار سرعت |
|
عرض کانال |
w |
بردار مکان |
|
حروف یونانی |
|
کسر حجمی تخمین زده شده |
|
تابع دلتای دیراک |
|
کشش سطحی |
|
کشش سطحی بین دو فاز |
|
شعاع انحنای سطح مشترک بین دو فاز |
|
ویسکوزیته دینامیکی |
|
نسبت ویسکوزیته بین دو فاز |
|
زاویه |
|
چگالی |
|
پارامتر گرادیان |
|
عملگر دلتا |
|
اعداد بی‌بعد |
|
عدد باند |
|
عدد کاپیلاری |
|
عدد رینولدز فاز پیوسته |
|
عدد رینولدز فاز جدا شونده |
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.