Kết quả mô phỏng tọa độ của các vi hạt (r, z) trong các trường hợp ở bảng 3.1 khi nồng độ tăng dần cho cả hai kênh dẫn được trình bày ở phần này. Kết quả cho thấy sự thay đổi trong vị trí hội tụ của hạt đồng thời cho biết các giới hạn của nồng độ với hiệu quả tách hạt trong cả hai loại kênh dẫn.
Tại nồng độ thấp (0.14 % và 0.11 %) tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang, tọa độ của vi hạt chuyển động trong hai kênh dẫn đạt đến trạnh thái cân bằng tại vị trí gần tường trong (ở 0.12 chiều rộng kênh) đối với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và gần tường ngoài (0.85 chiều rộng kênh) với kênh dẫn tiết diện hình thang. Tọa độ theo phương z của vị trí hội tụ lần lượt là 0.75 độ cao kênh dẫn và 0.4 tương ứng với cả hai kênh dẫn. Các kết quả này đáp ứng tốt kết quả thực hiện của Gu [2] đối với quá trình tách hạt trong hai loại kênh dẫn xoắn ốc nói trên (hình 3.1). Tiếp tục tăng nồng độ với cả hai kênh dẫn lần lượt lên 0.28 % và 0.22 % tương ứng. Kết quả mô phỏng ở hình 3.2 thể hiện vị trí hội tụ của hạt vẫn giữ nguyên xu hướng hội tụ vào phía thành trong đối với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và ngược lại với kênh dẫn tiết diện hình thang. Tuy nhiên đối với kênh dẫn hình chữ nhật vì quá trình chuyển
Kết quả thí nghiệm và mô phỏng trong trường hợp nồng độ thấp (0.14%, 0.11%) trên tiết diện hai loại kênh dẫn a) b) Kết quả thí nghiệm của Gu et Al[2] về vị trí hội tự theo phương r trên hai kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang, c) e) lần lượt
là kết quả mô phỏng tọa độ của hạt theo phương r và z trong kênh dẫn hình chữ nhật, tương tự với tiết diện hình thang e) f). Kết quả cho thấy kết quả mô phỏng đáp
ứng tốt với kết quả thực nghiệm
Hình 3.1: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ở nồng độ 0.14%, 0.11%
động đến vị trí hội tụ lớn hơn nên sự tương tác giữa hai hạt được duy trì khiến chúng gần như cùng vị trí hội tụ (0.36L, 0.7H). Trong khi có sự sai chênh lệch nhỏ của vị trí hội tụ của hai hạt trong kênh dẫn hình thang với vị trí cân bằng trung bình (0.885L, 0.335H). Tiếp tục tăng nồng độ vi hạt lên 0.7% và 0.55% tương ứng. Cả hai loại kênh dẫn bắt đầu có sự thay đổi về vị trí hội tụ của các hạt, khi xuất hiện hai vị trí cân bằng. Trong đó sự chuyển dịch vị trí cân bằng của kênh dẫn tiết diện hình thang là đáng chú ý khi phần lớn các hạt (80%)
Hình 3.2: Tọa độ của hai hạt theo thời gian.
đều di chuyển đến vị trí mới gần tường trong của kênh dẫn. Trong khi 80% số hạt trong kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật vẫn giữa nguyên xu hướng hội tụ về phía tường trong của mình. Điều này bắt đầu ảnh hưởng đến hiệu suất tách hạt của kênh khi có nhiều hơn một ví trí hội tụ. Chính vì vậy độ nét ∆ của “luồng” hạt sẽ được đánh giá với định nghĩa là độ bao phủ theo phương r của tập hợp các hạt khi đạt đến vị trí hội tụ. Như vậy ở nồng độ đang xét sẽ có hai ∆ tương ứng với hai “khu vực ” hội tụ của các hạt. Trong đó với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật ∆1=0.13 L và ∆2 =0.02 L. Tương tụ với hình thang là ∆1=0.02 L và∆2=0.16 L. Độ nét càng nhỏ thì hiệu suất tách hạt càng cao. Tiếp tục tăng nồng độ vi hạt trong cả hai kênh dẫn lên (1.4% , 1.1%), kênh dẫn tiết diện hình thang giữ nguyên xu hướng khiến 80% các hạt hôi tụ vào thành trong với độ nét ∆1=0.0328 L và ∆2=0.225 L. Trong khi với kênh tiết diện hình chữ nhật tất cả các hạt đều hội tụ vào phía trong của kênh dẫn với trí trung bình
Hình 3.3: Tọa độ chuyển động theo thời gian của các hạt, tương tác giữa các hạt với dòng chảy làm thay đổi vị trí hội tụ của hạt mục tiêu. Tọa độ theo phương r và z của các vi hạt trong kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang tương ứng ở a) c) và b) d).
(0.08 L) với độ nét ∆=0.165 L. Các vi hạt hội tụ tạo thành theo phương z có hai dải đối xứng nhau với vị trí trung bình 0.75 L và 0.25 L. Điều này cũng được ghi nhận bởi thực nghiệm của Gu [2]. Tiếp tục tăng nồng độ vi hạt lên lần lượt (2.8%, 2,2 %) (hình 3.5), kênh dẫn hình chữ nhật vẫn đảm bảo được hiệu quả tách hạt tốt hơn so với kênh dẫn hình thang. Khi tất cả các hạt đều hội tụ về phía tường trong cùng với độ nét ∆=0.275 L. Trong khi với kênh dẫn tiết diện hình thang sự mở rộng của cả hai khu vực cân bằng với độ nét ∆1=0.173 L và ∆2=0.26L, cùng với sự dao động không ổn định theo phương z của các vi hạt khiến nồng độ hiện tại trở thành giới hạn cho hiệu ứng tách hạt bằng quán tính trong kênh dẫn tiết diện hình thang. Thật vậy, tiến hành tăng thêm nồng độ cho cả hai kênh dẫn lên (4.2% , 3.3%), kênh dẫn hình thang cho tiếp tục cho thấy
Hình 3.4: Tọa độ theo phương r và z của các vi hạt trong kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang tương ứng ở a) c) và b) d).
sự không ổn định thể hiện bằng các dao động lớn của các vi hạt theo phương z cũng như sự co hẹp khoảng cách giữa hai vùng hội tụ (hình 3.6). Ngược lại, với kênh dẫn hình chữ nhật, hiệu ứng quán tính vẫn được xem là hoạt động tốt với nồng độ này, với chỉ một vị trí hội tụ cùng với độ nét ∆ = 0.275. Đồng thời hiện tượng dao động theo phương z bắt đầu xảy ra với biên độ dao động trung bình là xung quanh hai dải đối xứng nhau. Tiếp tục tăng lên đến 5.6 % nồng độ trong kênh dẫn hình chữ nhật, các dao động theo phương z tiếp tục tăng biên độ, đồng thời cũng xuất hiện hai vị trí cân bằng với độ nét lần lượt ∆1=0.469 L và ∆2=0.15 L, như vậy, nồng độ hiện tại đã xấp xỉ giới hạn của nồng độ trong kênh dẫn hình chữ nhật trong vấn đề hiệu suất tách hạt. Kết quả chi tiết về vị trí cân bằng trung bình và độ nét của vi hạt trong hai kênh dẫn được thể hiện ở bảng 3.2 và đồ thị 3.8 3.9.
Hình 3.5: Tọa độ theo phương r và z của các vi hạt trong kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang tương ứng ở a) c) và b) d).
Tóm lại chúng ta kết luận được rằng khi tăng nồng độ lên với các kênh dẫn vị trí hội tụ của hạt sẽ bị ảnh hưởng lớn, và 5.6% và 2.2 % lần lượt là nồng độ tới hạn tương ứng với kênh dẫn tiết diện hình chữ nhật và hình thang mà tại những nồng độ lớn hơn, tác dụng phân tách hạt sẽ không còn hiệu quả.