Nghiên cứu mô phỏng chuyển động thuận và nghịch của lưu chất trong vi kênh do ảnh hưởng của nguồn laser
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.75 MB, 78 trang )
I H C QU C GIA TP. HCM
I H C BÁCH KHOA
--------------------
NGUY N H
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
VÀ NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
Chuyên ngành: K thu
Mã s : 8520103
LU
TP. H
:
-HCM
. Lê Thanh Long
.
xét 2 : TS.
HQG Tp.
1. PGS. TS.
n
- Ch t ch
Quang Trung................. ............... - Ph n bi n 1
........................ - Ph n bi n 2
5. TS. Lê Thanh Danh ....................... - y viên
n ã
PGS. TS.
-
-
: 8520103
I.
N
(Simulation investigation of the forward and
backward movement of fluids in a microchannel by laser heat source effect).
II.
:
T
III.
: 06/09/2021
IV.
V.
: 19/01/2022
: PGS.TS Lê Thanh Long
22.
PGS. TS. Lê Thanh Long
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
L IC
c h c t p và nghiên c
ih
u
tuy t v i nh t trong quãng th i gian tu i tr c a em. Em xin chân thành g i l i c
s
n Quý th
d y b o, truy
c bi t là Quý th y cơ
n tình
t cho em n n t ng ki n th c v ng ch c trong chuyên ngành và c nh ng
kinh nghi m quý báu trong cu c s ng.
Con xin c
, nh
ng d c và luôn t o
u ki n t t nh t v v t ch t l n tinh th
con có th ti p t
ngày hôm nay và sau này, ba m luôn là ngu
V i lòng bi
con c g ng, ph
ng
g lu
ng thu n và ngh ch c
ngu n laser
Nghiên c u mô
t trong vi kênh do
ng c a
ng d n c a th y r t quan tr ng v i em, nh
giúp em hoàn thành lu
k
n
u.
c nh t, em xin c
d n em h c t p và nghiên c
ph ng chuy
ng l
ng h c t
u
có thêm nh ng ki n th c,
ng nghiên c u sau này.
Em xin chân thành c
Phịng Thí Nghi m (PTN) Tr
u ki
nh ng t
c n thi
u ki n v khơng gian nghiên c
tơi có th thu n l
m Qu c gia v
c th c hi n lu
v t ch
c hi n nghiên c u này.
Sinh viên th c hi n
Nguy n H
HVTH: NGUY N H
i
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
TÓM T T LU
Tên lu
vi kênh do
u mô ph ng chuy
ng c a ngu n laser.
ng thu n và ngh ch c
t trong
Công ngh
c ng d ng vào nhi
c. T các
h th
n t , các thi t b sinh hóa, các c m bi
c nghiên c u và phát
tri n công ngh
u c p thi
u khi
t trong h th
r t nhi u công ngh
u khi n. Vi
u khi n b ng s bi n thiên
nhi
i v i s phát tri n c a các ng d
c u này, tính tốn và mơ ph ng s
cs d
kh o
ho
ng mao d n
nhi t trong m t kênh d
n t h u h n cùng v i k thu t thi t l p
m c hai pha c a ph n m
cs d
gi i quy
b
nh m
cs d
theo dõi b m t ti p xúc gi a hai pha,
c các tính ch t chuy
ng c a gi t ch t l ng.
Trong nghiên c u này, mơ hình thi t l p m t gi t ch t l
t trong kênh d n
i và biên trên c
ng nhi t và b ng v i nhi
ng. Hai ngu n
laser có cơng su
ng vào gi t ch t l ng m t kho
nh. Các
xoáy mao d n nhi t sinh ra b i s chênh l ch áp su t làm gi t ch t l ng di chuy n t
có bi n thiên nhi
n thiên nhi
th
t ch t l
t c nhanh th
n giá tr c
i thì s gi m d n theo th i gian.
S chuy
ng thu n ngh ch c a ch t l ng, gi t ch t l ng b
u chuy
ng khi kích
ho t ngu
t laser bên ph
chuy
c
l i khi kích ho t ngu n laser bên ph i (ng ng kích ho
c nghiên c u và
gi
nghiên c u này. Ngồi ra s
ng c a cơng su t ngu
u cao kênh d
c xem xét.
HVTH: NGUY N H
ii
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
SUMMARY OF THESIS
Name of thesis: Simulation investigation of the forward and backward movement of
fluids in a microchannel by laser heat source effect.
Microfluidic technology is increasingly developed and applied in many fields. From
micro-electromechanical systems, biochemical devices, sensors... So the research and
development of this technology is urgent. To control the fluids in the microfluidic system,
there are many technologies and control methods. The control of fluids by thermal variation
is an important method for the development of microfluidic applications. In this study,
numerical computation and simulation are used to investigate the thermal capillary action
mechanism in a microfluidic channel. The finite element method together with the twophase level setting technique of Comsol Multiphysics software are used to solve. The
Conservative Level Set (CLS) method, Arbitrary Lagrange Eulerian (ALE) method, and
the Cerebral Spinal Fluid (CSF) method were used to monitor the contact surface between
the two phases, and determine the motion properties of droplet
In this study, the model establishes a liquid drop placed in a microfluidic channel, the lower
and upper boundaries of the channel are isothermal and equal to the ambient temperature.
Two laser sources of definite power are applied to the liquid at a specified distance. The
thermal capillary vortices generated by the pressure difference cause the droplet to move
from an area of higher temperature variation to an area of lower temperature variation. The
drop of liquid accelerates rapidly at first, after reaching its maximum value, it will gradually
decrease with time.
In the reciprocal motion of the liquid, the droplet starts moving when the left laser source
is activated (right laser source is deactivated) and then will move in reverse when the right
laser source is activated (deactivated). laser on the left) is further studied and explained in
this study. In addition, the influence of laser source power, as well as channel height, is also
considered.
HVTH: NGUY N H
iii
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
L
t c các s li u và k t qu mô ph ng trong nghiên c
c trình
bày trong lu
c ai cơng b trong b t k cơng trình nghiên
c u nào khác. Tài li u tham kh o trong lu
c trích d
.
H c viên
Nguy n H
HVTH: NGUY N H
iv
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
M CL C
L IC
..................................................................................................................... i
TÓM T T LU
................................................................................... ii
SUMMARY OF THESIS ................................................................................................. iii
L
............................................................................................................. iv
M CL C
..................................................................................................................... v
K HI U
................................................................................................................... vii
DANH M C HÌNH V ..................................................................................................... x
DANH M C B NG BI U ............................................................................................. xii
NG QUAN V
1.1. Gi i thi u v s chuy
TÀI ........................................................................ 1
ng c
1.2. Mô ph ng trong kênh d
t trong kênh d
........................... 1
.............................................................................. 3
1.3. M
tài ................................................................................. 4
LÝ THUY T ................................................................................. 6
2.1.
ng l c h c ch
ng l c h c ch
n
............................................................................................................................... 6
2.1.1. L ch s
ng l c h c ch
2.1.2. Khái ni m v
2.1.3.
.............................................................. 6
ng l c h c ch
ng l c h c ch
.................................................... 7
...................................... 9
2.2.
lý thuy t c a s chuy
2.3.
v t lý ............................................................................................................. 11
2.4. Hi
2.5.
2.6. Hi
ng
............................................................. 11
n nhi t .......................................................................... 15
ng ti
ng .............................................................................................. 16
ng th
2.7.
t ............................................................................................... 18
....................................................................................................... 20
2.7.1.
nh m c (CLS) ........................................................... 21
2.7.2.
Eulerian (ALE) ..................................................... 22
2.7.3.
m t liên t c (CSF) .................................................. 23
U KI N BIÊN ............................................... 25
3.1. Mơ hình hóa kênh d
3.2. Thi t l p
.................................................................................. 25
u ki n biên .......................................................................................... 28
HVTH: NGUY N H
v
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
3.3. Tiêu chu
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
u ki n h i t ........................................................................ 29
3.3.1.
i...................................................................................................... 29
3.3.2.
u ki n h i t ................................................................................................. 30
3.4. Quy trình mơ ph ng ................................................................................................ 30
T QU MÔ PH NG .......................................................................... 32
4.1. S chuy
laser 32
4.1.1.
ng thu n ngh ch c
chuy
4.1.2. S
ng c a gi t l
t trong vi kênh do
ng c a ngu n
t .............................................................. 32
i các y u t v t lý c a gi t ch t l ng trong kênh d n ...................... 37
4.1.3. So sánh v i k t qu th c nghi m ...................................................................... 42
4.2.
ng c a công su t ngu n nhi
4.3.
d n 48
ng c a chi u cao kênh d
T LU
n s chuy
n s chuy
NG PHÁT TRI
ng c a gi t ch t l ng..... 43
ng c a gi
t trong kênh
TÀI ............................... 52
5.1. K t lu n ................................................................................................................... 52
5.2.
ng phát tri
tài ........................................................................................... 52
........................................................ 5
TÀI LI U THAM KH O............................................................................................... 55
PH L C
Ph l
nh thông s c a gi t ch t l ng ................................................... 59
Ph l c 2: Tính tốn th tích gi t ch t l ng ................................................................... 61
HVTH: NGUY N H
vi
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
K HI U
T
VI T T T
MEMS
Micro Electro Mechanical System
LOC
Lab-on-a-chip
CFD
Computational Fluid Dynamics
CLS
Conservative Level Set
ALE
Arbility Lagrange Eulerian
CSF
Continuum Surface Force
K HI U TI NG ANH
t (Slip length)
Nhi t dung riêng (Heat capacity)
i (Unit vector in i-direction)
L c
m t (Surface tension force)
Gradient nhi
(Temperature gradient)
d n nhi t (Thermal conductivity)
H s truy n nhi t (Heat transfer coefficient)
Chi u dài gi t ch t l ng (Liquid length)
S b c t do (Number of degrees of freedom)
S
ng ph n t (Number of the elements)
Áp su t (Pressure)
B m
Nhi
c/d u (Water/Oil interface)
(Temperature)
Th i gian (Time)
Th tích gi t ch t l ng (Volume of liquid)
HVTH: NGUY N H
vii
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
K HI U HY L P
H s khu ch tán nhi t (Thermal diffusivity)
Hàm Dirac delta (Dirac delta function)
chênh l ch (Difference)
dày b m t phân cách (Interface thickness
parameter)
nh m c (Level set function)
H s s c
m t (Surface-tension temperature
coefficient)
Góc ti p xúc (Contact angle)
Bán kính cong (Mean curvature)
Thông s tái l p b m t (Re-initialization parameter)
nh
ng l c h c (Dynamic viscosity)
nh
ng h c (Kinematic viscosity)
Kh
ng riêng c a ch t l ng (Density of fluid)
S
m t (Surface tension)
Mi n (Domain)
TOÁN T
Gradient
Divergence
CH S
I
Sau (Advancing)
c (Receeding)
Pha (Phase)
Ch t l ng (Liquid)
B m t r n (Solid surface)
HVTH: NGUY N H
viii
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
Ch t khí (Gas)
NHĨM KHƠNG TH
NGUN
S Capillary (Capillary number)
S Marangoni (Marangoni number)
S Reynolds (Reynolds number)
S Bond (Bond number)
HVTH: NGUY N H
ix
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
DANH M C HÌNH V
Hình 1.1. M t s ng d ng c a công ngh
tb
t b MEMS .... 2
Hình 2.1. M t s hình nh ng d ng c a CFD. a. S d
mô ph ng mô
c trong van b ng Ansys; c. Mô ph ng lu ng gió qua
t
ng m t tr i b ng ph n m m Comsol. ........................................................ 9
Hình 2.2. CFD trong mô ph ng các thi t b
tk m
Comsol cho quá trình tr n; b. Thi t b
n ch t l ng. ............................................ 11
Hình 2.3. Bi n thiên s
u khi
t: (a) mao d n nhi t, (b) mao d
n,
(c) mao d n khu ch tán (X và Y là ch t hòa tan v i kh
t khác nhau), và (d)
mao d n quang [18] ........................................................................................................... 14
Hình 2.4. S chuy
ng c a ch t l ng v i bi n thiên nhi
trên m t r n (a) và bên
trong ng mao d n (b). ....................................................................................................... 16
Hình 2.5. Gi
t b (Maxwell-Navier). .............................................. 20
Hình 3.1. Mơ hình v t lý c a kênh d
a gi
c .......................................... 25
Hình 3.2. Bi
hàm b c thang c a hai ngu n nhi t
..................................... 27
n hình và mi n tính tốn cho m t gi
c trong m t kênh d
v i
và
v i
,
,
và
............................................................................................................................................ 29
Hình 3.4. Quy trình mơ ph ng s ...................................................................................... 31
ng nhi t trong kênh d
tl pv i
và
t i th
m: (a)
, (b)
, (c)
............................... 33
ng dòng và các vùng v n t c trong kênh d
tl pv i
và
t i th
m: (a)
, (b)
, (c)
. .... 36
Hình 4.3.
bi n thiên nhi
bên trái và bên ph i gi t ch t l ng theo th i gian trong
0
ng h p bs
, W = 10 mm và H = 1 mm ................................................ 38
Hình 4.4. (a) V trí và (b) v n t c c a gi t ch t l ng theo th
ng h p bs =
0
, W = 10 mm và H = 1 mm ........................................................................... 40
Hình 4.5.
chênh l ch áp su t bên trái và bên ph i gi t ch t l ng và (b) góc ti p xúc
0
ng c a gi t ch t l ng theo th
ng h p bs = 1 nm,
, W = 10 mm và
H = 1 mm ............................................................................................................................ 41
Hình 4.6. V trí c a gi
t trong mơ hình th c nghi m [27] .................................. 42
bi n thiên nhi
l n nh t t i b m t phân cách gi a gi t ch t l ng và d u
trong kênh d
t l p v i Q= 30,40,53 mW............................................................... 43
Hình 4.8. (a) V trí và (b) v n t c c a gi t ch t l ng theo th i gian trong kênh d
t
l p v i Q= 30,40,53 mW ..................................................................................................... 45
HVTH: NGUY N H
x
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
chênh l ch áp su t bên trái và bên ph i gi t ch t l ng và (b) góc ti p xúc
ng c a gi t ch t l ng theo th i gian gian trong kênh d
t l p v i Q= 30,40,53
mW...................................................................................................................................... 47
bi n thiên nhi
l n nh t t i b m t phân cách gi a gi t ch t l ng và d u
trong kênh d
thi t l p v i Q= 40mW cho chi u cao kênh d n H= 0.8,1 và 1.2mm.... 48
Hình 4.11. (a) V trí và (b) v n t c c a gi t ch t l ng theo th i gian trong kênh d
thi t l p v i Q= 40mW cho chi u cao kênh d n H= 0.8,1 và 1.2mm .................................. 49
chênh l ch áp su t bên trái và bên ph i gi t ch t l ng và (b) góc ti p
ng c a gi t ch t l ng theo th i gian gian trong kênh d
t l p v i Q= 40mW
cho chi u cao kênh d n H= 0.8,1 và 1.2mm ....................................................................... 50
HVTH: NGUY N H
xi
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
DANH M C B NG BI U
B ng 2.1 L
cs d
u khi n chuy
ng c
B ng 3.1 Tính ch t v t lý c
c và dung môi Hexadecane (d u) t i nhi
HVTH: NGUY N H
t [18] ........ 12
298K [10]
xii
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
T NG QUAN V
1.1. Gi i thi u v s chuy
ng c
TÀI
t trong kênh d
Nh
n m nh cho phép phân
tích, ki m sốt trên quy mơ thi t b nh g n và chi phí th p. V i các ng d ng m nh m
n t Micro-Electro-Mechanical System
(MEMS) [1]. Vi c xét nghi m sinh hóa, t ng h p protein, xét nghi
ph n
ng cơng ngh
t l n [2]. Phịng thí nghi m trên
chip Lab-on-a-chip (LOC) là thi t b tích h p m t s ch
thí nghi m k t h p v i cơng ngh
ch t
c
n thi t c a m t phịng
t m ch tích h p duy nh t, v
c
n vài centimet vng là có th có nh
n [2-
3].
Th c t , các thi t b
cung c
i tuy t v i, n u khơng
mu n nói là mang tính cách m
trên thi t b
c dù nhi u ng d ng và thi t b d a
c tìm th y trong nhi
n công nghi
c này v
c, tr i dài t nghiên c u
n ph i n l c r t nhi
ph bi n
nhi u ng d ng microfluidics ra ngoài th gi i h c thu t.
M t trong nh ng ng d ng chính c a h th
c a các t bào. Các h th
m
p và nghiên c u sinh hóa
nt
ng cho các nghiên c u sinh h c do
u m u th p, di n tích b m
Trên th c t , các nghiên c
galactosidase trong các t
Nghiên c u t bào g
c h th ng nh .
ng thành công bi u hi n
b ng h th
ng k t qu to l n, quá trình thu nh h th
cho phép phân tích t bào g
n th ng. Vi c tích
h p cơng ngh này v i kính hi n vi quang cung c p m t cách nghiên c t bào g c có
h th
HVTH: NGUY N H
y các ng d ng y t
y h a h n.
1
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
M ts
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
ng d ng th c t c a các thi t b
c th hi n
a.
Hình 1.1. M t s
i:
b.
ng d ng c a công ngh
tb
t b MEMS
c nghiên c u s d ch chuy n mao d n nhi t c
b s d ng kênh d
t quan tr
t trong các thi t
u nghiên c u v s d ch chuy n
c a mao d n nhi t, các nghiên c u này nghiên c u v s d ch chuy n c a gi t ch t l ng
hay s bi n d ng c a gi t ch t l
i
ng c a tác nhân nhi t.
Hi u ng mao d n nhi t c a ch t l ng trong
thiên nhi
c Nguyen nghiên c
v
nghiên c u v n t c chuy
u ki
hay s
i tác d ng c a s bi n
d ng lý thuy t
ng c a gi t ch t l ng trên b m t r n,
ng c a góc ti p xúc c a gi t ch t l
[7]. Le cùng nhóm nghiên c
bi n thiên nhi
m . Trung tâm Cơng ngh sinh h
trên chip (Lab
ng s
và áp su t trong kênh d
Vi t Nam, s chuy
on
HVTH: NGUY N H
a
c nghiên c u b i Brochard
ng trong kênh d
ch c bu
chip) s d ng công ngh
nghiên c u
ng c a
n gi t ch t l ng làm nó di chuy n.
c nghiên c u m nh
m
ng d ng trong
2
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
xét nghi m t i ch
Vi t Nam vào ngày 20-12-2018 c a ti
Ths Nguy n Hoàng Tu n
nh Ch n Khôn [10].
i h c Qu c T -
u b kit ch
Lamp khu
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
u
nh nhanh v i giá thành th p th c hi n ph n ng
i AND t i ch .
Vi n Hàn lâm KHCNVN do PGS.TS. Tr
th c hi
tài VAST 03.01/15-
u ch t o h
d ng trong t ng h p v t li u c
n hóa ng
tài thu
h c v t li u, m t trong b
ng Khoa
p Vi n Hàn lâm KHCNVN.
1.2. Mơ ph ng trong kênh d
Trên các thi t b
thì ngu
u khi n gi t, dòng ch t l ng b
cs d
u khi n ch t l ng. Trong thí nghiên c u c a
mình Nguyen. thi t l p mơ hình ch t l
ch a d
tránh s
c ch a trong ng th y tinh, trong ng có
a ch t l
ng nhi t [12,14]. S chuy
ng
c a ch t l ng trong ng th y tinh d a trên nguyên lý mao d n nhi t c a ch t l ng do s
kích ho t c a ngu n laser m
u th c nghi m mao d n
nhi t trên b m t ch t l ng, mơ hình thi t l p trong kênh d n ch Y ch
vi
u khi
ng gi t ch t l
gi t ch t l ng trong kênh d
chuy
c và d u,
c s d ng b ng ngu n laser. K t qu là
i theo s
ng c a laser làm cho các gi t này
ng và phân lo i rõ ràng.
cs d
u khi
Ngoài ra, vi c ng d
d n nhi t hai chi u c
th . B
thi.
nghiên c u, mô ph ng s d ch chuy n mao
t trong kênh d
n nay r
c nghiên c u c
d ng ph n t h u h n v i k thu t Lagrangia
nh v trí, t
HVTH: NGUY N H
Eulerian
.
3
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
Le cùng nhóm nghiên c u [7c a bi n thiên nhi
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
ng s
và áp su t trong kênh d
nghiên c u
ng
n gi t ch t l ng làm nó di
chuy n.
Th c t , có nhi u v
tr ng i khi s d
nghiên c u
c d ch chuy n mao d n nhi t c a ch t l ng trong kênh d n:
- S k t h p gi
h c bao g m tính tốn Lagrangian
Eulerian (ALE), b
- Nh ng hi
chuy
nh m c (CLS) và l
ng ph c t p c a góc ti
m t liên t c (CSF)
ng l c h c trong su t quá trình
ng c a ch t l ng.
- Các hàm s v t lý c a các thông s ch t l ng là phi tuy n và d a trên nhi u nhân
t
, th i gian, giá tr
- Hi
-
ng th
nh m c và các y u t khác.
t c a b m t ch t l ng/r n.
u ki n d ch chuy n c a b m t ch t l ng/r n
1.3. M
tài
Trong các nghiên c
c Le và c ng s
ch t trong kênh d
u s chuy
ng c
ng c a ngu n nhi t laser. Trong nghiên c u này,
ngu n nhi t laser ti p t
cs d
kênh d
ng hai chi u lên gi
t trong
nh m c (CLS) và k thu t Lagrangia Eulerian
(ALE) d a trên n n t ng ph n t h u h
gi t ch t l ng trong kênh d
cs d
nh v trí, v n t c c a
i tác d ng c a ngu n nhi t laser.
hoàn thành nhi m v này, các m c tiêu c n oàn thành trong bài lu
-
v t lý c a s chuy
ng gi t ch t l ng trong kênh d n do bi n thiên nhi t
.
- Mô t v
v t lý v i các công th c lý thuy
HVTH: NGUY N H
.
4
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
- S
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
ng c a l c mao d n nhi t trong quá trình chuy
ng c a gi t ch t
l ng.
- S
ng c a ngu n công su t, chi u cao kênh d
n d ch chuy n mao d n
nhi t c a gi t ch t l ng trong kênh d n.
HVTH: NGUY N H
5
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
LÝ THUY T
2.1.
ng l c h c ch
ng l c h c ch
kênh d
2.1.1. L ch s
L ch s c
b
ng l c h c ch
ng l c h c ch
u vào nh
CFD)
ng th
s k t h p v t lý, toán h c s và
thành t vi t t t c a
g
cs d
mơ ph ng dịng ch y ch t l ng. S kh
uc
c kích ho t b i s phát tri n
ngày càng m nh m c a công ngh
u nh
u (2
i pháp c a
u tiên xu t hi
ng d ng. Nh t
nên kh
c
a siêu máy tính và do s phát tri n c a nhi u k
thu t mơ ph ng nên có th tính tốn dịng ch y vơ hình qua mơ hình máy bay hoàn ch nh
ho c bên trong tuabin. Vào gi a nh
mô ph
i kh
Navier-Stokes. Cùng v
m
980, tr ng tâm b
dòng ch y nh
u chuy n sang các
u ch nh b
u này, m t lo t các mơ hình dịng ch y r i phát tri n v i
ph c t p và chính xác khác nhau [16].
V i nh ng s ti n b và phát tri n c
mô hình khí th
quy mơ l
nên kh thi vào cu
ng d ng
u tiên, dòng ch y siêu âm 3 chi u (3
oi HERMES châu Âu. Nhi u ho
cho vi c mô ph ng s s
quan tr
, gi i pháp dòng ch y cho
phát tri
c bi t
n tái nh p
ng nghiên c
c dành
c bi t là mơ hình ng n l a. Nh ng n l c này r t
i th p. Ngồi ra vi c mơ hình hóa
thành chìa khóa cho vi c thi t k các
u qu .
HVTH: NGUY N H
6
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
Do nhu c
ph c t
ch
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
trung th c c a mơ ph ng dịng
i ngày càng tr
r
gi
c xây d ng b
i s ho c b ng cách s d
trình vi phân t ng ph
ng ng d ng vào mơ hình ph c t
thoi và tên l
ph n t
c chia
u ti
p trung và phát tri n các b
i và b gi i dịng khơng c u trúc, làm gi m th i gian thi t l
i khơng có c
. Các
u tiên ch bao g m các t di
cho các dịng ch y vơ hình chi ph i b
các
i pháp c a
-
c kéo dài trong các l p c t.
u này khơng ch c i thi
chính xác mà cịn ti t ki m s
yêu c u v b nh và th i gian x lý c a mô ph
2.1.2. Khái ni m v
CFD là m
.
ng l c h c ch
c khoa h c s d
mô ph
k t h p v i công ngh
gi i quy
c
n các y u t chuy
c tính lý hóa c a các q trình trong mơi
s cb nc
c tính nhi
h c ho
v
ng l c h
,t
c khoa h c mà CFD có th
c các k
hay s
hình v
ng l c
ng và ph m vi c th c a t ng
ng d
cs d
dòng ch t l ng trong các h th ng. CFD cung c
d ng dòng ch y, t n th t áp, l
c tính
ng h
thu c vào t
ng
ng lên các v t th
c.
hi u, d
t k cho
c tính ch nh xác v các
t, s phân b nhi t
i thành ph n ch t l ng trong h th ng. CFD có kh
p l i mơ
dịng ch t l ng trong không gian hai chi u ho c ba chi u ph thu c vào th i
gian. Các cơng th c tốn h c cho t ng lo i dòng ch
m t pha, nhi
HVTH: NGUY N H
y
ng nhi t và dịng ph n ng. Thơng s ch t l
7
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
nh t, kh
c thi t l
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
c gi i b ng
cách s d ng các công th c ph n t h u h n.
Trên th c t
ngh
-
c ng d ng r ng rãi t các ngành khoa h c tiên ti n và công
n các ngành khoa h c ph c v
cn ib t
h u hi
nghiên c u và phát tri n không th thi u.
c ch
ng l c h c.
Công nghi p ch t o máy.
-
ng nguyên t .
-
Ngành ch t o ô tô.
-
Công nghi p d u khí.
-
Y h c.
-
ng.
-
Và cịn nhi
HVTH: NGUY N H
c khác n
8
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
a.
b.
c.
Hình 2.1. M t s hình nh ng d ng c a CFD. a. S d ng
mơ ph ng mơ hình
c trong van b ng Ansys; c. Mơ ph ng lu ng gió qua t m pin
ng m t tr i b ng ph n m m Comsol.
2.1.3.
ng l c h c ch
c phát tri n khi các nhà k
phá nh ng cách th
nghi
c khám
khai thác các công ngh ch t
c phát tri n b i ngành công
n t . Nh ng công ngh
v i các h th
u trúc ph c t p tích h p
n t và ch t o hàng lo t v i chi phí th p. Các thi t b
cơng ngh
ch t
thi t b ch t l
c g i là h th
thích h p v các h th
quy mô vi mô, các
t tr i
HVTH: NGUY N H
c g i là h th
d ng
n t (MEMS). Trong khi các
c thi t b
-on-a-
ng yêu c u k t h p nhi u
ng v t lý khác nhau tr nên quan tr
t mô t
ng v t lý.
i v i nh ng
c tính t l v i th tích c a h th ng (ví d
9
NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY
NG THU N
V NGH CH C
T TRONG VI KÊNH DO
NG C A NGU N LASER
nên ít quan tr
m t c a h (ch ng h
i các thu c tính quy mơ theo di n tích b
nh t và s
ng là ch y t ng và s di chuy n hóa h
các h th
GVHD: TS. LÊ THANH LONG
c thu nh
m
y c a ch t l ng
ng b b n ch b i s khu ch tán. Khi
i t do trung bình c a ch t l ng có th tr
c c a h th ng và các
ng tr nên quan tr ng. khi
s Knudsen v a ph i (Knudsen là t s gi
do trung bình v
h th ng), v n có th s d
c n ph
Ho
u ki
gi i dòng ch y, tuy nhiên
c bi t.
ng nghiên c
i các quy trình ch
y s phát tri n c a các s n ph
Vi c s d
c
nghiên c u các dịng ch
i thành cơng.
c nh
d ng. Trong ph n m m Comsol Multiphysics các mô-
cs
t lo t các công c
gi i quy t nh ng thách th c c th c a vi c mơ hình hóa các dịng vi mơ và nano.
Ngồi các cơng c tiêu chu
l ng có th
mơ hình hóa dịng ch t l ng, các giao di n gi a các c t
c mô hình hóa b ng các giao di n Level Set, Phase Field, và Moving
Mesh Interfaces, cho phép mơ hình hóa s
i v i d ng pha loãng, chuy
HVTH: NGUY N H
m t và dịng ch y nhi u pha
quy
i hóa h c và ph n ng có th mơ hình hóa.
10
