Mô phỏng số chuyển động của vi hạt trong vi dòng chảy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Mô số chuyển động vi hạt vi dòng chảy VĂN ĐỨC ANH anh.vd150199@sis.hust.edu.vn Ngành Kĩ thuật Hàng Không Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Sáng Viện: Cơ Khí Động Lực Chữ kí GVHD Hà Nội - 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Văn Đức Anh Đề tài luận văn : Mô số chuyển động vi hạt vi dòng chảy Chuyên ngành : Mã số SV: Kĩ thuật hàng không 20202737M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 01/09/2021 với nội dung sau: • Lỗi chế bản: lỗi tả, định dạng văn bản, định dạng mục lục, danh sách, Bảng: caption Bảng bảng, hình bảng biểu (sửa thành Hình x.x, Bảng x.x), Bổ sung danh mục ký hiệu, viết tắt, đánh số phương trình chương 1, tài liệu tham khảo trích dẫn theo thứ tự xuất • Bổ sung đánh giá sai số định lượng thực nghiệm nghiên cứu Ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Sáng Tác giả luận văn Văn Đức Anh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Vũ Đình Quý ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Thông tin học viên Họ tên: Văn Đức Anh Điện thoại: 0972473397 Email: And.vd150199@sis.hust.edu.vn Lớp: 20BKTHK Số hiệu: CB20737 Mục đích luận văn • Nâng cao hiệu giải tự xây dựng phần mềm mã nguồn mở OpenFoam dựa phương pháp biên nhúng kết hợp biên tuần hồn • Nghiên cứu đưa kết mô số cho chuyển động vi hạt vi kênh dẫn cong từ cho phép đánh giá tác động yếu tố mật độ vi hạt dòng chảy tác động đến hiệu suất tách hạt thiết bị vi kênh cong Các nhiệm vụ cụ thể luận văn • Tăng tốc độ độ xác giải số tự xây dựng OpenFoam sử dụng phương pháp biên nhúng kết hợp với biên tuần hồn • Ứng dụng trực tiếp giải số cho chuyển động vi hạt từ nghiên cứu tác động nồng độ hạt dòng chảy đến hiệu suất tách hạt đưa kết chi tiết chế trình dịch chuyển ngang vi hạt vi kênh dẫn cong Lời cam đoan học viên: Tôi – Văn Đức Anh – cam kết luận văn cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Sáng Các kết nêu báo cáo luận văn trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nôi, ngày 11 thg năm 2021 Tác giả Văn Đức Anh Xác nhận giảng viên hướng dẫn mức độ hoàn thành luận văn cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Sáng Nhận xét đánh giá giảng viên phản biện: Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên phản biện Lời cảm ơn " To see a World in a Grain of Sand And a Heaven in a Wild Flower Hold Infinity in the palm of your hand And Eternity in an hour." WILLIAM BLAKE Chúng ta sống khoảng thời gian giới đầy biến động, dịch bệnh hồnh hành Bóng đêm cịn che phủ, cịn phải gặp phải khó khăn Tuy nhiên, bóng đêm này, đức tính: khơng từ bỏ, tinh thần khoa học, trách nhiệm, liêm chính, hợp tác mà học từ trường lại tỏa sáng hết Với tơi chân giá trị q tơi mang theo suốt đời Luận văn viết thời kì đầy khó khăn khơng thể hồn thành khơng có động viên, giúp đỡ tận tình từ người thầy tơi mực kính trọng PGS.TS Phạm Văn Sáng Lời cuối cùng, người xa q nào, tơi xin hướng lịng gia đình thân u tơi TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Kỹ thuật phân tách hạt kích thước micromet thiết bị chip vi lỏng có ứng dụng rộng rãi y sinh thu hút nhiều quan tâm năm gần Luận văn nghiên cứu tượng phân tách hạt vi kênh cong yếu tố ảnh hưởng tới khả phân tách hạt vi kênh thông qua mô số chuyển động vi hạt Phương pháp giải số biên nhúng điều kiện biên lặp cho di chuyển vi hạt phát triển tích hợp mơi trường mã nguồn mở OpenFOAM Kết qủa mơ cho thấy hình thành dịng thứ cấp - dòng Dean vi kênh cong, kết hợp với lực qn tính Ngồi mật độ hạt đủ lớn, vị trí hiệu phân tách hạt bị ảnh hưởng đáng kể Từ khóa: Vi dịng chảy, biên tuần hồn, phương pháp biên nhúng ABSTRACT OF THESIS The separation technique for microparticles using microfluidic chip has been widely used in biomedical applications and has attracted much interest in recent years In this thesis, the investigating of the separation of the microparticle in spiral microchannel and the factors which influence the separation performance achieved by simulation the motion of particles in microchannel The approach is numerical, and solver developed in the framework of OpenFoam open-source software It is based on an Immersed Boundary Method and supplemented by a periodic boundary condition for particle moving The simulation results show that the combination of the secondary flow, the Dean flow, and the inertial force Otherwise, when the particles’ concentration is high enough, the focusing position and separation efficiency are greatly affected Keywords: Inertial sorting, CFD, microfluidic, Immersed Boundary Method MỤC LỤC Chương Giới hiệu chung Chương Phương pháp số 2.1 Phương trình chủ đạo 2.2 Phương pháp biên nhúng 2.2.1 Tính tốn lực tác dụng điểm Lagrange 2.2.2 Tính tốn lực tác dụng điểm Euler 10 2.3 Bộ giải IBFoam thư viện IBlibs 13 2.4 Điều kiện biên 16 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 20 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến vị trí thời gian hội tụ vi hạt 21 3.2 3.1.1 Biến thiên vị trí hội tụ vi hạt 21 3.1.2 Thời gian hội tụ vi hạt 26 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ lên cấu hình dịng Dean 30 3.2.1 Cấu hình dịng Dean nồng độ cho phép ứng tách hạt 31 3.2.2 Cấu hình dịng Dean nồng độ giới hạn ứng tách hạt 38 Chương KẾT LUẬN 4.1 41 Kết luận 41 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn vị trí phạm vi thời gian hội tụ vi hạt kênh dẫn tiết diện chữ nhật theo nồng độ Chấm đỏ thể thời gian hội tụ, đoạn thẳng với tâm màu đen xanh thể vị trí cân trung bình phạm vi khu vực cân vấn đề xoáy Dean, trường áp suất, trạng thái cấu hình nồng độ giới hạn tìm phần trước (5.6%, 2.2%) trình bày 3.2.1 Cấu hình dịng Dean nồng độ cho phép ứng tách hạt Nồng độ 0.14% 0.11% tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật hình thang Vi hạt quan tâm nói cố định vị trí ban đầu tường hợp mơ Có tọa độ ban đầu vị trí (2/3 , 0.5) Kết mơ quỹ đạo chuyển động vi hạt trình bày chương trước 3.1.1 dòng chảy vi kênh xoắn thể hình 3.10 Do kênh dẫn cong, 31 tác dụng lực li tâm, phần tử chất lỏng có thêm chuyển động từ ngồi vng góc với hướng dịng chảy chính, điều gây hai xốy Dean đối xứng qua đường đối xúng tiết diện mặt cắt kênh tiết diện hình chữ nhật hình thành phía ngồi kênh tiết diện hình thang Cấu hình dịng Dean xung quanh vi hạt mặt cắt vng góc với dịng chảy góp phần giải thích qúa trình dịch chuyển ngang vi hạt thể hình 3.11, hình 3.12 thời điểm: ban đầu, trình dịch chuyển thời điểm hội tụ Ban đầu với hai loại kênh dẫn, hạt mục tiêu khơng vận tốc đầu (hình a, hình 5a) thành phần chuyển động dạt ngang tác động dòng Dean theo hai hướng khác kênh Cấu hình dịng Dean tiếp tục giữ nguyên xu hướng ảnh hưởng tới vi hạt (hình 3.11b , hình 3.12b) Cuối vị trí hội tụ lực cản dòng Dean cân với lực nâng quán tính (lực nâng tường lưc cắt dịng chảy) hai kênh dẫn Ngồi ra, tốc độ hội tụ hạt quan tâm kênh hình thang (40 đơn vị) nhanh gấp lần so với hạt có vị trí tương đối kênh hình chữ nhật Điều giải thích khoảng cách từ hạt quan tâm đến vị trí cân loại kênh khác Do vị trí tương đối, khoảng cách di chuyển để đạt đến vị trí hội tụ với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật lớn so với kênh dẫn hình thang Hình 3.10: Cấu hình dịng chảy thứ cấp, hai xốy Dean hình thành đối xứng qua đường tâm vi kênh tiết diện hình chữ nhật (a), với kênh dẫn hình thang hai xốy Dean hình thành gần thành ngồi kênh Nồng độ 0.28% 0.22 % tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ 32 Hình 3.11: Cấu hình dòng chảy Dean xung quanh hạt quan tâm tiết diện mặt cắt ngang kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật thời điểm ban đầu (a) trình di chuyển (b) thời điểm hội tụ (c) Thời điểm ban dầu hạt tác dụng dòng Dean chuyển động ngang phía thành kênh dẫn hội tụ vị trí Hình 3.12: Cấu hình dịng chảy Dean xung quanh hạt quan tâm tiết diện mặt cắt ngang kênh tiết diện hình thang thời điểm ban đầu (a) trình di chuyển (b) thời điểm đạt đến hội tụ (c) 33 nhật hình thang Hạt thứ hai khơng vận tốc đầu có vị trí ban đầu (0.81 , 0.5) gần biên tường trong, gần với vị trí hạt quan tâm (2/3 , 0.5) hai loại kênh dẫn Tương tác hai hạt gần khiến cấu hình dịng Dean xung quanh hạt mặt cắt kênh khác với trường hợp 1, thể hình 3.13 Tại thời điểm ban đầu ảnh hưởng hạt lên quan sát thông qua đường đẳng áp suất, kết giải thích rõ tương tác hạt dòng chảy mà luận văn đưa nghiên cứu thực nghiệm khác kiểm chứng Chính đặt gần nhau, tương tác ảnh hưởng đến cấu hình dòng dean, điều dẫn tới thay đổi trình dịch chuyển vi hạt hai kênh dẫn.Tại vị trí hội tụ, hạt giữ nguyên xu hướng gần với tường kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật gần với thành ngồi với kênh dẫn hình thang Dịng Dean kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật bị chia tách thành cặp xốy nhỏ hai phía kênh dẫn hạt quan tâm Các hạt bị “bẫy” hai cặp xoáy này.Trong với kênh dẫn tiết diện hình thang căp xóay Dean tồn khiến hạt bị “bẫy” nửa mặt phẳng hình thang Điều xác nhận Gu [2] Khoảng cách hạt không đổi sau chúng đạt đến vị trí hội tụ tương ứng 0.1R 2R kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật tiết diện hình thang Thời gian hội tụ chuyển động vi hạt kênh dẫn hình thang tiếp tục nhanh (30 đơn vị) so với 700 đơn vị kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật Và tốc độ hội tụ lâu so với trường hợp nồng độ thấp (0.1%) kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật xấp xỉ với kênh dẫn hình thang Nồng độ 0.7% 0.55 % tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ 34 Hình 3.13: Cấu hình dịng Dean mặt cắt lúc ban dầu đạt vị trí hội tụ: (a)(d) (b)(c) với hạt hai tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật hình thang hình trịn màu đen nét liền biểu thị hạt quan tâm, nét đứt biểu thị hạt lai Các mặt đẳng áp suất thể thiện cách mà hạt ảnh hưởng lên dịng Dean mà thực nghiệm khơng kiểm chứng nhật hình thang Khi tăng lên hạt, ảnh hưởng mật độ hạt lên cấu trúc dịng Dean tăng cụ thể, q trình tiến tới vị trí cân cấu trúc dịng Dean xung quanh hạt quan tâm tiếp tục thay đổi nhiều so với hai trường hợp Điều dẫn đến ảnh hưởng dòng Dean lên hạt thay đổi, điều quan sát nhờ vào liệu mơ contour áp suất đường dịng Dean ( hình 3.14) Ở hai kênh dẫn xuất nhiều ví trí cân Với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật, hạt gần biên tường ngồi (được đánh hình trịn nét đứt màu tím hình 3.14 a c) có vị trí hội tụ khác gần 35 thành ngồi, hạt cịn lại trì vị trí cân thành kênh dẫn Tại thời điểm vị trí vi hạt đạt vị trí cân dòng dean kênh dẫn bị giới hạn hai phía kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật (hình 3.14 (c)) phía gần thành kênh dẫn tiết diện hình thang Ngồi cấu trúc dịng Dean bị phá vỡ xung quanh vị trí hội tụ tập trung nhiều hạt Điều giải thích hạt chuyển động giống hat có kích thước lớn hơn, điều khiến dịng Dean khơng đủ mạnh để tác dụng lực chi phối định đến vị trí cân Hiệu ứng tách hạt kênh dẫn hình thang bị thay đổi, phần lớn hạt chuyển vị trí cân đến vị trí gần biên tường thay thành ngồi Tốc độ hội tụ kênh dẫn tiết diện hình thang (120 đơn vị) nhanh so với 500 đơn vị kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật Tốc độ hội tụ tiết diện hình thang lúc chậm so với nồng độ 0.22% (30 đơn vị) Do vị trí cân kênh dẫn tiết diện hình thang dịch chuyển từ thành ngồi vào phía thành Kết hạt hội tụ vị trí hình 3.14 (d) Nồng độ 1.4% 1.1% tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật hình thang Tiếp tục tăng nồng độ thể tích cách thêm vi hạt vào dịng chảy khơng vận tốc đầu Sự tăng nồng độ tiếp tục ảnh hưởng đến cấu hình dịng Dean (hình 3.15 ) Đối với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật, hạt giữ nguyên xu hướng hội tụ phía kênh dẫn Dịng Dean bị hạn chế phía phía kênh dẫn (hình 3.15c) Với kênh dẫn hình thang, phần lớn hạt (80%) tiếp tục hội tụ vào vị trí cân phía kênh dẫn Trong 20% cịn lại bị “bẫy” xốy Dean ngồi Như nói rẳng tăng nồng độ, kênh dẫn hình thang xốy Dean phía ngồi tồn 36 Hình 3.14: Cấu hình dòng Dean mặt cắt lúc tiến đến vị trí cân đạt vị trí hội tụ : (a)(d) hạt (b)(c) với hạt hai tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật hình thang Hình trịn màu đen nét liền biểu thị hạt quan tâm, nét đứt biểu thị ảnh hưởng hạt lại lên tiết diện khảo sát Tại trạng thái hội tụ dòng Dean bị phá hủy khu vực mà hạt có nồng độ tập trung lớn Các hạt bị “bẫy” khu vực hình (c) (d) đủ để bẫy số lượng hạt định Cặp xoáy khơng hình thành khu vực tập trung nhiều hạt phía kênh dẫn Giới hạn việc giam hạt xoáy Dean kênh dẫn tiết diện hình thang khảo sát nồng độ lớn Thời gian hội tụ vị hạt kênh dẫn hình thang (200 đơn vị) tiếp tục nhanh không vượt trội so với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật (260 đơn vị) trường hợp trước Có thể giải thích điều việc nồng độ hạt tăng lên, dịng Dean kênh tiết diện hình thang bị ảnh hưởng 37 Hình 3.15: Cấu hình dịng Dean mặt cắt thời điểm ban đầu đạt vị trí hội tụ : (a)(c) (b)(d) tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật hình thang Hình trịn màu đen nét liền biểu thị hạt quan tâm, nét đứt biểu thị ảnh hưởng hạt lai nhiều so với kênh tiết diện hình chữ nhật Khi thời gian hội tụ vi hạt bị chậm Đồng thời trạng thái cân hạt có xu hướng dao động nhỏ theo hai phương, điều khơng xảy kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật Ngồi ra, việc hình thành hai vị trí cân loại kênh dẫn này, làm ảnh hưởng đến hiệu suất tách hạt 3.2.2 Cấu hình dịng Dean nồng độ giới hạn ứng tách hạt Phần trình bày dịng thứ cấp nồng độ giới hạn 5.6 % kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật tìm phần trước 3.1.1 Kết mơ 38 dịng chảy thời điểm ban đầu đến vị trí cân thể hình 3.16 Khác với nồng độ khác, nồng độ giới hạn này, cấu hình dịng Dean bị thay đổi khơng cịn tính đối xứng hai xốy Sự ảnh hưởng hạt lên dòng chảy thể đường đẳng áp xung quanh hạt có mặt hầu hất phần thể tích mơ thời điểm ban đầu hình 3.7 (a) Khi đến vị trí cân hạt, dòng Dean bị phân tách thành cuộn xốy đứt qng bị thể tích hạt chiếm chỗ Chỉ cịn xốy nhỏ khu vực hai vị trí cân Có thể nói nồng độ giới hạn dòng Dean bị phá hủy Việc đưa đến gợi ý muốn tăng hiệu suất tách hạt kênh dẫn cong cần phải đưa thiết kết để dòng Dean hình thành chịu tác động từ nồng độ vi hạt kênh dẫn Ngoài việc tập trung hạt hai vùng kênh dẫn trường hợp làm tính khả thi hiệu suất tách hạt 39 Hình 3.16: Cấu hình dịng Dean xung quanh hạt quan tâm mặt cắt vng góc với dòng chảy thời điểm ban đầu (a) đạt vị trí hội tụ (d) kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật taị nồng độ giới hạn 5.6% Dịng Dean bị biến đổi bị tính đối xứng, lại khu vực hai vị trí cân hạt 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Bộ giải số xây dựng luận văn giải vấn đề thời gian khối lượng tính tốn cho vấn đề mơ trực tiếp chuyển động nhiều vi hạt vi kênh cong Ngoài ra, kết luận văn đạt cho thấy nồng độ hạt có tác động đến vị trí hội tụ vi hạt Trong vi kênh cong tiết diện hình chữ nhật hình thang, nồng độ hạt cao, cấu trúc dòng Dean bị phá vỡ, dẫn đến ảnh hưởng dòng Dean lên vị trí hội tụ vi hạt bị thay đổi Kết nghiên cứu chứng tỏ tồn giới hạn nồng độ hạt lớn hai loại tiết diện kênh dẫn phổ biến để hiệu tách hạt khả thi 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai Như kết đưa tồn giới hạn nồng độ gợi ý việc sử dụng thiết kế để tăng nồng độ hạt cần đáp ứng biến đổi dịng Dean Chính vậy, việc tiếp tục sử dụng giải cho tính tốn mơ cho mơ hình xoắn hướng phát triển luận văn Ngoài ra, đến thời điểm giải giới hạn vi hạt trạng thái tuyệt đối cứng, thực tế việc hạt có tương tác đàn hồi hay bị biến dạng vô phổ biến Do thời gian tới, giải phát triển thêm để giải toán liên quan đến biến dạng vật thể có biên đàn hồi 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Y Kim, J I Han, and J K Park, “Inertial Microfluidics-Based Cell Sorting,” Biochip Journal, vol 12, no 4, pp 257–267, 2018 [2] G Guan, L Wu, A A Bhagat, Z Li, P C Chen, S Chao, C J Ong, and J Han, “Spiral microchannel with rectangular and trapezoidal crosssections for size based particle separation,” Scientific Reports, vol 3, pp 1–9, 2013 [3] A J Mach, O B Adeyiga, and D Di Carlo, “Microfluidic sample preparation for diagnostic cytopathology,” Lab on a Chip, vol 13, no 6, pp 1011–1026, 2013 [4] A Dalili, E Samiei, and M Hoorfar, “A review of sorting, separation and isolation of cells and microbeads for biomedical applications: microfluidic approaches,” Analyst, vol 144, no 1, pp 87–113, 2019 [5] D Di Carlo, J F Edd, K J Humphry, H A Stone, and M Toner, “Particle segregation and dynamics in confined flows,” Physical Review Letters, vol 102, no 9, pp 1–4, 2009 [6] Q V Do, D A Van, V B Nguyen, and V S Pham, “A numerical modeling study on inertial focusing of microparticle in spiral microchannel,” AIP Advances, vol 10, no 7, 2020 [Online] Available: https://doi.org/10.1063/5.0006975 [7] D Di Carlo, D Irimia, R G Tompkins, and M Toner, “Continuous inertial focusing, ordering, and separation of particles in microchannels,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol 104, no 48, pp 18 892–18 897, 2007 [8] L Wu, G Guan, H W Hou, A A S Bhagat, and J Han, “Separation of leukocytes from blood using spiral channel with trapezoid cross-section,” Analytical Chemistry, vol 84, no 21, pp 9324–9331, 2012 [9] N Nivedita, P Ligrani, and I Papautsky, “Dean Flow Dynamics in Low-Aspect Ratio Spiral Microchannels,” Scientific Reports, vol 7, no 42 October 2016, pp 1–10, 2017 [Online] Available: http://dx.doi.org/10 1038/srep44072 [10] S S Kuntaegowdanahalli, A A S Bhagat, G Kumar, and I Papautsky, “Inertial microfluidics for continuous particle separation in spiral microchannels,” Lab on a Chip, vol 9, no 20, pp 2973–2980, 2009 [11] B Harding and Y Stokes, “Fluid flow in a spiral microfluidic duct,” Physics of Fluids, vol 30, no 4, 2018 [12] A Sarkar, H W Hou, A E Mahan, J Han, and G Alter, “Multiplexed Affinity-Based Separation of Proteins and Cells Using Inertial Microfluidics,” Scientific Reports, vol 6, pp 1–9, 2016 [Online] Available: http://dx.doi.org/10.1038/srep23589 [13] D Di Carlo, J F Edd, D Irimia, R G Tompkins, and M Toner, “Equilibrium separation and filtration of particles using differential inertial focusing,” Analytical Chemistry, vol 80, no 6, pp 2204–2211, 2008 [14] D Di Carlo, D Irimia, R G Tompkins, and M Toner, “Continuous inertial focusing, ordering, and separation of particles in microchannels,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol 104, no 48, pp 18 892–18 897, 2007 [15] J M Martel and M Toner, “Inertial focusing dynamics in spiral microchannels,” Physics of Fluids, vol 24, no 3, 2012 [16] S Lee, Y Stokes, and A L Bertozzi, “Behavior of a particle-laden flow in a spiral channel,” Physics of Fluids, vol 26, no 4, 2014 [17] M Jiang, S Qian, and Z Liu, “Fully resolved simulation of singleparticle dynamics in a microcavity,” Microfluidics and Nanofluidics, vol 22, no 12, p 0, 2018 [Online] Available: http://dx.doi.org/10.1007/ s10404-018-2166-x [18] H Tabaei Kazerooni, W Fornari, J Hussong, and L Brandt, “Inertial migration in dilute and semidilute suspensions of rigid particles in laminar square duct flow,” Physical Review Fluids, vol 2, no 8, pp 1–35, 2017 [19] N Nakagawa, T Yabu, R Otomo, A Kase, M Makino, T Itano, and M Sugihara-Seki, “Inertial migration of a spherical particle in laminar 43 square channel flows from low to high Reynolds numbers,” Journal of Fluid Mechanics, vol 779, pp 776–793, 2015 [20] M Uhlmann, “Informes Técnicos Ciemat 1038,” 2004 [21] R Glowinski, T W Pan, T I Hesla, D D Joseph, and J Périaux, “A Fictitious Domain Approach to the Direct Numerical Simulation of Incompressible Viscous Flow past Moving Rigid Bodies: Application to Particulate Flow,” Journal of Computational Physics, vol 169, no 2, pp 363–426, may 2001 [22] P Singh, T I Hesla, and D D Joseph, “Distributed Lagrange multiplier method for particulate flows with collisions,” International Journal of Multiphase Flow, vol 29, no 3, pp 495–509, mar 2003 [23] D Wan and S Turek, “An efficient multigrid-FEM method for the simulation of solid-liquid two phase flows,” Journal of Computational and Applied Mathematics, vol 203, no SPEC ISS., pp 561–580, 2007 44 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Mô số chuyển động vi hạt vi dòng chảy Tác giả luận văn: Văn Đức Anh Khóa: CLC2020B Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Sáng Từ khóa: Vi dịng chảy, biên tuần hồn, phương pháp biên nhúng Nội dung tóm tắt: a Lý chọn đề tài: Phân tách vi hạt vi lỏng ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực y tế, vi sinh, sinh học phân tử Bên cạnh việc phát triển thiết bị đòi hỏi công cụ phương tiện mô để tối ưu thiết bị Cũng giải thích làm sáng tỏ tượng vật lý xảy thiết bị Luận văn lựa chọn đề tài mơ số vi hạt vi dịng chảy qua thể cụ thể vấn đề ảnh hưởng nồng độ hạt thiết bị vi kênh dẫn cong đến hiệu suất tách hạt b Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Mô chuyển động vi hạt vi kênh dẫn qua nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ lên hiệu suất tách hạt đưa giải thích đầy đủ chế hình thành dịng chảy thứ cấp thiết bị vi lỏng cong c Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả: Đưa giải tự xây dựng để giải tốn mơ chuyển động vi hạt thiết bị vi lỏng sử dụng kênh dẫn cong Đóng góp cho cộng đồng mơ giải thích hợp cho tốn mơ lĩnh vực Tìm giá trị giới hạn nồng độ để thiết bị vi lỏng đáp ứng yêu cầu tách hạt Đưa kết chế hình thành dịng chảy thứ cấp kênh dẫn cong tiết diện hình chữ nhật hình thang d Phương pháp nghiên cứu: Phát triển tiếp giải xây dựng từ đồ án tốt nghiệp kiểm chứng trước đó, để tiếp tục nghiên cứu mơ tốn e Kết luận: Từ kết mô chuyển động vi hạt vi kênh dẫn cong, kết luận nồng độ ảnh hưởng đến vị trí hội tụ vi hạt Đến giá trị tới hạn với loại kênh dẫn, hiệu suất tách hạt bị ảnh hưởng đáng kể 45 ... • Nghiên cứu đưa kết mô số cho chuyển động vi hạt vi kênh dẫn cong từ cho phép đánh giá tác động yếu tố mật độ vi hạt dòng chảy tác động đến hiệu suất tách hạt thiết bị vi kênh cong Các nhiệm... phong vi? ??c mô trực tiếp chuyển động hạt kênh dẫn xoắn ốc Trong luận văn này, áp dụng phương pháp biên nhúng kết hợp biên tuần hoàn để mơ chuyển động vi hạt, tương tác dịng chảy với vi hạt, vi hạt. .. phân tách hạt vi kênh thông qua mô số chuyển động vi hạt Phương pháp giải số biên nhúng điều kiện biên lặp cho di chuyển vi hạt phát triển tích hợp mơi trường mã nguồn mở OpenFOAM Kết qủa mô cho