Acoustic radiation forces and torques on elastic micro rings
Elastik mikro halkalar üzerindeki akustik radyasyon kuvvetleri ve torkları
- Tez No: 821767
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Akustik dalgaların bir akışkan içinde asılı kalan parçacıklar tarafından saçılmasından kaynaklanan akustik radyasyon kuvvetleri (ARF'ler) ve torklar (ART'ler), farklı alanlarda parçacıkları manipüle etmek için büyük ilgi çekmiştir. Akustik alanların biyouyumlu doğası ve biyomedikal uygulamaların potansiyeli göz önüne alındığında, biyolojik hücrelerin işlenmesi gibi, çeşitli şekil, boyut ve yönlere sahip olabilen, küresel olmayan parçacıklar üzerindeki ARF'leri ve ART'leri incelemek gerekir. Bu çalışmada, bir sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak, duran dalgaya maruz kalan halka şeklindeki mikro yapılar üzerindeki ARF'leri ve ART'leri analiz edilmiştir. Geometrik ve fiziksel parametrelere ek olarak viskoz etkileri incelemek için iki sayısal model kullanılmıştır. Bir rezonans göstergesi olarak geometrik ve fiziksel özelliklerin belirli kombinasyonları için ART'de önemli dalgalanmalar gözlemiştir. Ayrıca, dalgaların komşu parçacıklardan yeniden saçılmasının neden olduğu ikincil ARF'ler üzerindeki boyut, yoğunluk ve mikro akışın etkileri araştırılmıştır. Sonuçlar basınç düğümüne yakın mikro akışın dalga yönünde çekici kuvvetlere yol açabileceğini ortaya koymaktadır. Ayrıca, ikincil ARF'lerin kendiliğinden saçılma nedeniyle göreceli etkisi, parçalı halka simülasyonları kullanılarak incelenmiştir. Dahası, FEM ile küreler zinciri adı verilen, azaltılmış sıralı ve hesaplama açısından verimli bir model arasında bir karşılaştırma yapılmıştır. Tork tahminleri önemli ölçüde sapıyor; ancak, kuvvetlerin hızlı değerlendirmeleri iyi bir şekilde eşleşmektedir. Tez bulguları, halka benzeri elastik mikrofilamentler ve ince groveler için manipülasyon, yakalama ve pıhtılaşma amaçlarına yönelik hassas, verimli ve seçici akusto-akışkan cihazların geliştirilmesine uygulanabilir. Bu sonuçlar halka şeklindeki kompozitlerin yönlü takviyesinde de kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Acoustic radiation forces (ARFs) and torques (ARTs), which arise from the scattering of acoustic waves by suspended particles in a fluid, have attracted considerable attention for manipulating particles in different fields. Considering biocompatible nature of acoustic fields and their potential biomedical applications such as handling biological cells, which can have a variety of shapes, sizes, and orientations, it is necessary to study the ARFs and ARTs on non-spherical particles. This dissertation analyses ARFs and ARTs on ring-shaped microstructures subjected to a standing wave using a finite-element method (FEM). Two numerical models are employed to study the viscous effects in addition to the geometrical and physical parameters. Significant fluctuations in ART are observed for specific combinations of geometric and physical characteristics as a resonance indicator. Furthermore, effects of size, density, and microstreaming on secondary ARFs caused by the re-scattering of the waves from its neighboring particles are investigated. The results reveal that microstreaming close to the pressure node can lead to attractive forces in the wave direction. Besides, the relative effect of secondary ARFs due to self-scattering is studied using segmented-ring simulations. Moreover, a comparison is made between FEM and chain-of-spheres method, a reduced-order and computationally efficient model. The torque estimations deviate dramatically; however, the rapid evaluations of forces match well. The thesis findings are applicable to development of precise, efficient, and selective acoustofluidic devices for manipulation, trapping and coagulation purposes for ring-like elastic microfilaments and slender bodies. These results also can be used in directional reinforcing of ring-shaped composites.
Benzer Tezler
- Soğutucularda kullanılan tek silindirli pistonlu kompresörlerin dinamik ve akustik analizi
Başlık çevirisi yok
HALUK EROL
- Navier-Stokes computations of helicopter rotor flow fields
Helikopter rotorunun çevresindeki akışın Navier-Stokes hesaplamaları
ALİ OĞUZ YÜKSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Fononik kristallerin yüzey akustik dalgaları ile nanoparçacık ayrıştırmada kullanımı
Utilization of phononic crystals in nanoparticle sorting via surface acoustic waves
ALİ ERTUĞRUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ÇİÇEK
- Sualtı araçlarından yayılan titreşim kaynaklı gürültünün sonlu eleman-sınır eleman metoduyla analizi
Vibro-acoustic analysis of underwater structures using finite and boundary element methods
BURAK ÜSTÜNDAĞ
Doktora
Türkçe
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERGİN
PROF. DR. BAHADIR UĞURLU
- Stability, control and acoustic manipulation of magnetically actuated helical swimmers
Manyetik alanla yüzüdürülen sarmal yüzücülerin kararlılığı, kontrolü ve akustik manipülasyonu
HAKAN OSMAN ÇALDAĞ
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT