Προσομοίωση κατανομής και διαχωρισμού σωματιδίων σε ακουστικό σωλήνα.

Abstract

Η χρήση ακουστικών κυμάτων για τον έλεγχο και διαχωρισμό σωματιδίων μπορεί να βρει πολλές εφαρμογές όπως για παράδειγμα στην ιατρική (στα κύτταρα ή στο πλάσμα του αίματος), έχει πολύ μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον. Αυτός ο έλεγχος και διαχωρισμός μπορεί να γίνει με διαφόρους τρόπους, δυο από αυτούς είναι η εξ’ αποστάσεως δημιουργία ακουστικής δύναμης και η ακουστική ροή που προκαλεί οπισθέλκουσες κινήσεις. Οι δυο αυτές μέθοδοι σε συνδυασμό παράγουν την δύναμη ακουστοφόρεσης(acoustophoretic).Δηλαδή την κίνηση των σωματιδίων προκαλούμενη από ακουστική «ακτινοβολία». Σκοπός αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι να δείξουμε σε ποιες συχνότητες γίνεται εφικτός ο διαχωρισμός σωματιδίων σε ένα δισδιάστατο χώρο με την χρήση της ακουστικής ενέργειας. Σε ποιες συχνότητες δηλαδή θα συντονιστούν τα σωματίδια μέσα σε ένα ορισμένο χώρος (από την ακουστική ακτινοβολία),και θα δημιουργηθούν στάσιμα κύματα και πως με την δύναμη ακουστοφόρεσης θα γίνει η κατανομή των σωματιδίων, τα οποία κινούνται προς τις κοιλίες πίεσης που δημιουργούνται στο σύστημα. Αρχικά η κατανομή αυτή έγινε σε διάφορες συχνότητες καθώς και σε διαφορετικό αέριο μέσο διάδοσης (αέρας, Υδρογόνο, Ξένο). Παρουσιάζονται υπολογισμοί και συγκεκριμένες σχηματικές απεικονίσεις σε κάποιες συχνότητες συντονισμού, και δείχνονται πως κατανέμεται στο χώρο η ακουστική πίεση και πως κατανέμονται τα σωματίδια ανάλογα την συχνότητα και το μέσο διάδοσης. Επίσης εξετάζουμε τι γίνεται στην περίπτωση όταν υπάρχουν σωματίδια με διαφορετική διάμετρο (δηλαδή διαφορετικό μέγεθος) στο χώρο. Δείχνουμε ότι είναι δυνατός ο διαχωρισμός (ελαφριά από βαρέα) τα οποία και διαχωρίζονται στις κοιλίες και στους δεσμούς των στάσιμων καμάτων. Αποδεικνύουμε λοιπόν ότι με την χρήση υπερήχων είναι εφικτή αυτή η κίνηση του διαχωρισμού των σωματιδίων καθώς επίσης και σε ποιες συχνότητες το φαινόμενο μεγιστοποιείτε.

The use of acoustic waves for testing and separating of particles can find many practical applications, for example in medicine – (in cells or in blood plasma), which has a great scientific interest. This testing and separating can be actualized in many ways. Two of them are:1) the from distance creation of acoustic power and 2) the acoustic flow which creates oscillation. The combination of these two powers provides the acoustophoretic power, which is the movement of cells that is provoked from the acoustic “radiation”. The purpose of this dissertation is to prove in which frequencies the separation of particles is achievable in a two-dimensional space with the use of acoustic energy. More specifically, in which frequencies the particles can be tune into a specific space (from the acoustic radiation), standing waves will be created and in how the particles will be allocated from the power of acoustophoresis, which are moving from the abdomens of pressure that are created from the system. At first, the allocation referred was tested in various frequencies and in different aerial means of spreading (air, hydrogen, xenon). Calculations and specific schematic representations in certain frequencies of allocation are displayed, and demonstrate how the acoustic pressure is allocated in space and how particles are allocated according to frequency and the mean of spreading. We also examine what happens when particles with different diameter (namely different size) exist in space. We demonstrate that the separation light from heavy is achievable and the particles are separated in the abdomens and the bonds of standing waves. We finally prove that, with the use of ultrasounds, the separation of particles is achievable as also in which frequencies this phenomenon is maximized.