مدلسازي تحليلي سامانه اندازه گيري و جداسازي ميكرو ذرات به كمك اثرات ترموفورسيس و فوتوفورسيس

Analytical modeling of a mechanism for micro-particle measurement and separation using thermophoresis and photophoresis

اثرات حرارتي تر موفورسيس و فو توفورسيس كه حركت ذرات به ترتيب به دليل گراديان دماي كلي داخل سيال و گراديان دما داخل ذره به وجود مي آيد، با توجه به كاربردهاي فراواني كه دارد، در سال هاي گذشته بسيار مورد بررسي قرار گرفته است. ايجاد اين گراديان دما مي تواند توسط نور ليزر ايجاد شود. بررسي اين دو اثر، خصوصا اثر فو توفورسيس در محيط مايع به صورت بسيار محدود انجام شده است. در اين پژوهش، به بررسي اين دو اثر در محيط مايع و سرعت القايي توسط اين دو نيرو به ذرات پرداخته شده است. پارامترهاي موثر بر اين دو اثر، بررسي و نحوه تاثير آن بر ذرات مشخص شده است. اثر پارامترهاي ليزر همچون توان و طول موج ليزر بررسي و بيشينه سرعت و دما، داخل كانال محاسبه شده است. در بخش فوتوفورسيس نيز، اثر پارامترهايي همچون توان ليزر، قطر ذرات و طول باريكه نور ليزر بر سرعت فوتوفورسيس محاسبه شده است. با بررسي مدل هاي موجود در محاسبه سرعت ترموفورسيس، مدل برنر به عنوان مدل دقيق تر انتخاب و در محاسبات استفاده مي شود. همچنين مشاهده شد كه تاثير تغيير طول موج ليزر بر سرعت ترموفورسيس، بسيار بيش تر از تاثير تغيير توان ليزر است. در محاسبه سرعت فوتوفورسيس، با استفاده از مدل هاي تحليلي موجود، ميزان اين سرعت نيز محاسبه شده است. مقادير بدست آمده سرعت هاي ترمو فوروسيس و فو توفورسيس با مقادير تجربي موجود مقايسه شده و تطابق مناسبي وجود دارد. نتايج اين پژوهش در طراحي و ساخت سامانه جداساز ذرات، قابل استفاده است.

The two thermal effects, thermophoresis and photophoresis phenomena that cause particle movements due to thermal gradient through the liquid and thermal gradient through the particle, respectively, have been widely studied over the past years because of their wide range of applications. This thermal gradient can be made by laser beam. There are a few studies concerning these two effects, especially photophoresis, in liquid media. In this paper, these two effects and their induced velocity to particles are studied in liquid media. The affecting parameters on these effects are studied and their effect on particles are determined. Effect of laser parameters like laser power and wavelength in the channel are discussed and the maximum velocity and temperature inside the channel are calculated. Also in the photophoresis part, the effect of parameters like laser power, particle and laser beam diameter is calculated. By considering the existing models for calculation of thermophoretic velocity, Brenner model is chosen as the most accurate model and will be used in calculations. It is also found that the effect of laser wavelength on thermophoretic velocity is more than changing laser power. In the photophoresis part, photophoretic velocity is calculated by using existing analytical models. The calculated velocities of thermophoresis and photophoresis are compared with the experimental values and there is an acceptable matching between them. The results of this paper will be used for designing and making a particle separator tool.