تعلیق و به دام انداختن ذرات با ضریب کنتراست مثبت و بررسی تاثیر حجم در محیط مایع به‌وسیله پدیده آکوستوفرتیک

تعلیق فراصوت به دلیل عدم وابستگی به جنس و خواص ماده، جهت امکان تعلیق، برای طیف گسترده ای از ذرات قابل‌استفاده است و پتانسیل بالایی در انتقال و جابجایی ذرات به‌صورت کنترل‌شده دارد. هدف اصلی در این مقاله، استفاده از روشی جدید بر پایه امواج مافوق صوت، برای تعلیق و جداسازی بدون تماس ذرات از محیط موردنظر می باشد. با استفاده از این روش که آکوستوفرتیک نامیده می‌شود، ابتدا ذره هدف به محیط سیال تزریق‌شده و پس ازآن به حالت تعلیق درآمده و جداسازی ذره صورت می پذیرد. محیطی که جهت این تعلیق و جداسازی انتخاب گردید، آب می باشد. علت این انتخاب، نو بودن انجام تعلیق و جداسازی در این محیط به دلیل ویسکوزیته بالاتر و سرعت صوت بالاتر آب نسبت به هوا و نزدیک بودن این محیط جهت کاربرد پاک‌سازی آب، جداسازی آب موجود در نفت خام و جداسازی پلاکت از خون در مقیاس میکروفلوئیدیک می باشد. نیروی آکوستوفرتیک باید از برآیند نیروی گرانش و شناوری بیشتر باشد که بتواند بر آن غلبه کند و ذره را به حالت تعلیق درآورد و برای افزایش این نیرو نیاز است فشار آکوستیک زیاد شود که در حالت عادی با توجه به فرکانس پایین (khz20) مورداستفاده و مقیاس ماکرو قابل انجام نیست و افزایش توان مصرفی ترانسدیوسر باعث ایجاد کاویتاسیون شده که مانع تعلیق ذرات می شود، در این مقاله جهت افزایش فشار آکوستیک و تعلیق ذرات از محفظه بسته و با ایجاد جریان ایستای رزونانس استفاده شد که تعلیق ذرات را با همین فرکانس پایین امکان پذیر کرد. در این مرحله سرعت اولیه ذرات در حالت شبیه سازی و عملی 4/0 متر بر ثانیه داده شد و نتایج نشان داد که بیشترین اختلاف سرعت بین ذرات با حجم کم‌ و زیاد 12.5 درصد در حالت شبیه سازی و 10 درصد در حالت عملی بود؛ بنابراین ذره با حجم بیشتر نیروی بیشتری احساس کرده و سرعت بیشتری می گیرد. بیشترین اختلاف بین شبیه سازی و تست عملی نیز 8 درصد بوده که در آزمایش های تجربی، صحت طراحی انجام‌شده و همچنین نتایج شبیه سازی تایید شد.

suspension and trapping particles with a positive contrast factor and investigating the effect of particle volume in a liquid medium by the acoustophoretic phenomenon

ultrasonic suspension can be used for a wide range of particles due to its independence from the material and properties of the material, and has a high potential for the transfer and manipulation of particles in a controlled manner. the main purpose of this paper is to use a new method based on ultrasonic waves, for suspension and non-contact separation of particles from the desired environment. using this method, called acoustophoretic, the target particle is first injected into the fluid medium and then it is suspended and separated. the environment chosen for suspension and separation is water. the reason for this choice is the novelty of the suspension and separation in this environment due to the higher viscosity and speed of sound of water than air and the proximity of this environment for water purification, separation of water in crude oil and microfluidic scale separation of platelets from blood. the acoustic force must be greater than the resultant of the gravitational and buoyancy force so that it can overcome it and suspend the particle. in order to increase this force it is necessary to increase the acoustic pressure, which is not feasible due to the low frequency in macro scale (20 khz) and increasing the power consumption of the transducer causes cavitation that prevents the suspension of particles. at this stage, the initial velocity of the particles in the simulation and practical mode was given as 0.4 m / s and the results showed that the largest difference in velocity between the particles with low and high volume was 12.5% ​​in the simulation and 10% in the experiment; therefore, the larger the particle, the more force it feels and the faster it gets. the largest difference between simulation and experimental test was 8% therefore, experimental tests confirmed the design accuracy and also the simulation results.