اندركنش هيدروديناميكي چند غشاء ارتجاعي و تاثير موقعيت اوليه يك غشاء بر رفتار آن در يك ميكروكانال

Hydrodynamic interaction of multiple flexible membranes and initial position effect of a membrane on its behavior in a microchannel

در اين مقاله، حركت يك غشاء ارتجاعي و نيز اندركنش هيدروديناميكي چند غشاء در يك ميكروكانال با توسعه يك كد كامپيوتري به زبان C شبيه سازي مي گردد. براي حل ميدان جريان سيال از روش شبكه بولتزمن و براي شبيه سازي اندركنش سيال- جامد از روش مرز غوطه ور استفاده مي شود. غشاها به صورت مرزهاي انعطاف پذير غوطه ور در جريان سيال در نظر گرفته مي شوند. ابتدا يك غشاء با سفتي بالا به شكل مقعرالطرفين در نظر گرفته مي شود. اين غشاء به دليل سفت بودن، از خود حركت غلت خوردن نشان مي دهد و جابجايي عرضي آن با نوسان همراه خواهد بود. سپس، اثرات موقعيت اوليه يك غشاء به شكل دايره بر تغيير شكل، سرعت و جابه جايي عرضي آن مورد بررسي قرار مي گيرد. ديده شد كه با نزديك شدن موقعيت اوليه غشاء به مركز ميكروكانال، جابجايي عرضي و مولفه قائم سرعت آن كاهش يافته و مولفه افقي سرعت آن افزايش مي يابد. در انتها، حركت همزمان چند غشاء در يك ميكروكانال و برهمكنش آنها با يكديگر و با جريان تحليل مي گردد. غشاها با هم برخورد نداشته و بنابراين مكانيزم برخورد مدل نشده است. مشاهده شد كه غشاي بالادست جريان، بيشترين تغيير شكل را دارد و نيروي بيشتري از طرف سيال به آن وارد مي شود. همچنين، حضور همزمان چند غشاء باعث كندتر شدن سرعت جريان خواهد شد. نتايج عددي حاضر تطابق خوبي با نتايج معتبر عددي موجود دارد.

In this paper, motion of a flexible membrane and hydrodynamic interaction of multiple membranes in a microchannel are simulated by developing a computer code written in C. The membranes are considered as flexible boundaries immersed in the fluid. First, a single biconcave shaped membrane with high rigidity is considered. Due to the rigidity of the membrane, tumbling motion occurs and vertical displacement becomes oscillatory. Then, the effects of initial position of a circular membrane on its deformation, vertical velocity and displacement are investigated. It was observed that as the initial location of the membrane approaches the channel’s central axis, its vertical displacement and velocity decreased, but its horizontal velocity component increased. Finally, the simultaneous motion of multiple membranes in a microchannel and their interaction with each other and with flow are evaluated. The membranes do not collide and hence the collision mechanism is not modeled. It was found that the upstream membrane experienced greatest deformation and the greatest force was exerted on it by the fluid on it. In addition, simultaneous presence of multiple membranes would result in a reduction in the flow velocity. The current numerical results have good agreement with the available valid numerical results.