مدل سازی تحلیلی سامانه اندازه گیری و جداسازی میکروذرات به کمک اثرات ترموفورسیس و فوتوفورسیس

اثرات حرارتی ترموفورسیس و فوتوفورسیس که حرکت ذرات به ترتیب به دلیل گرادیان دمای کلی داخل سیال و گرادیان دما داخل ذره به وجود می آید، با توجه به کاربردهای فراوانی که دارد، در سال های گذشته بسیار مورد بررسی قرار گرفته است. ایجاد این گرادیان دما می تواند توسط نور لیزر ایجاد شود. بررسی این دو اثر، خصوصا اثر فوتوفورسیس در محیط مایع به صورت بسیار محدود انجام شده است. در این پژوهش، به بررسی این دو اثر در محیط مایع و سرعت القایی توسط این دو نیرو به ذرات پرداخته شده است. پارامترهای موثر بر این دو اثر، بررسی و نحوه تاثیر آن بر ذرات مشخص شده است. اثر پارامترهای لیزر همچون توان و طول موج لیزر بررسی و بیشینه سرعت و دما، داخل کانال محاسبه شده است. در بخش فوتوفورسیس نیز، اثر پارامترهایی همچون توان لیزر، قطر ذرات و طول باریکه نور لیزر بر سرعت فوتوفورسیس محاسبه شده است. با بررسی مدل های موجود در محاسبه سرعت ترموفورسیس، مدل برنر به عنوان مدل دقیق تر انتخاب و در محاسبات استفاده می شود. همچنین مشاهده شد که تاثیر تغییر طول موج لیزر بر سرعت ترموفورسیس، بسیار بیش تر از تاثیر تغییر توان لیزر است. در محاسبه سرعت فوتوفورسیس، با استفاده از مدل های تحلیلی موجود، میزان این سرعت نیز محاسبه شده است. مقادیر بدست آمده سرعت های ترموفوروسیس و فوتوفورسیس با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده و تطابق مناسبی وجود دارد. نتایج این پژوهش در طراحی و ساخت سامانه جداساز ذرات، قابل استفاده است.

Analytical Modeling of a Mechanism for Micro Particle Measurement and Separation Using Thermophoresis and Photophoresis

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.