Розроблення та дослідження моделі активного мікроміксера
Автор: Підцерковний Віталій Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Підцерковний В.В., Климкович Т.А. (керівник). Розроблення та дослідження моделі активного мікроміксера. Maгicтepcька кваліфікаційна po6oта. – Національний університет «Львіська політехніка», Львів, 2021. Розширена анотація Мікрофлюїдні пристрої широко застосовуються у різних областях, включаючи синтез фармацевтичних інгредієнтів, біологічний аналіз і біомедичні застосування, хімічну реакторну техніку та інтенсифікацію процесів. Мікроструктуровані пристрої забезпечують переваги порівняно з традиційним обладнанням для макроустаткування, включаючи підвищені швидкості тепло- та масообміну, властиві високому відношенню площі поверхні до об’єму [1]. Основними проблемами в розвитку мікрофлюїдних установок є складний розподіл потоку, необхідний для всіх вхідних отворів пристрою, запобігання засміченню каналів, особливо при використанні мікропристроїв, а також проблеми змішування, що спостерігається в мікромасштабі при використанні міліпристроїв. Для розробки ефективних пристроїв розробляються різноманітні мікроміксери [2]. Мета і задачі дослідження. Хоча за останні роки було досягнуто значного прогресу у розробленні пасивних та активних мікроміксерів, ще є багато проблем які потребують дослідження. Для здешевлення та пришвидшення процесу розроблення нових пристроїв можна застосувати математичне моделювання. З цією метою планується розробити у інтерактивному середовищі COMSOL Multiphysics модель активного мікроміксера та провести дослідження для підбору оптимальних параметрів для змішування різних речовин. Об’єкт дослідження – процес акустичної левітації. Предмет дослідження – модель активного мікроміксера, побудована у середовищі COMSOL Multiphysics. Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено нову модель активного мікроміксера, яка дозволяє дослідити процес змішування речовин у лаб-чипі. У першому розділі показано важливе значення змішування для мікрофлюїдних пристроїв. Відповідно до загальноприйнятої класифікації поділу мікроміксерів два класи - пасивні і активні, наведено основні типи мікрозмішувачів та оцінка їх ефективності. У другому розділі наведено основні можливості модуля мікрофлюїдики середовища моделювання COMSOL Multiphysics®. Розглянуто інтерфейс ламінарного потоку. Приведено загальну теорію однофазного потоку, що базується на рівняннях Нав’є-Стокса. Розглянуто основні можливості модуля «Трасування частинок», який дозволяє моделювати рух частинок у рідині. У третьому розділі описано побудовану модель активного мікроміксера та її основні параметри. Узгоджено початкові та граничні умови для коректної роботи перехідної моделі. Побудовано поле тиску та поле швидкостей у області моделювання. Досліджено, як відбувається змішування мікроскопічних частинок у мікроміксері. Частинки трьох кольорів через 3 вхідні отвори безперервним потоком надходять надходять у змішувач і виходять через вихідний отвір. Лопаті обертаються з постійною кутовою швидкістю 1 оберт в секунду проти годинникової стрілки. Змішування трьох потоків частинок триває після того, як нові частки перестають надходити в домен через 1 с тому, що рідина продовжує надходити з усіх впускних отворів після припинення потоку частинок а змішувальні лопаті продовжують обертатися. При t=2с концентація у вихідному отворі всіх трьох кольорів часточок є практично однаковою. Ключові слова – мікроміксер, ламінарний потік, мікрофлюїдні пристрої, моделювання, COMSOL Multiphysics Перелік використаних джерел. H. Santana, J. L. Silva, Adriano G. P. da Silva, Alan C. Rodrigues, R.de L. Amaral, D. Noriler, O. Taranto Development of a New Micromixer “Elis” for Fluid Mixing and Organic Reactions in Millidevices Industrial & Engineering Chemistry Research 2021, 60, 25, 9216–9230 Cai G. Z.; Xue L.; Zhang H. L.; Lin J. H. A Review on Micromixers. Micromachines 2017, 8, 274–300. 10.3390/mi8090274