شبیهسازی حرکت میکروشناگران با الگوبرداری از روی اسپرم به روش المان محدود
نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه موناش، ملبورن، استرالیا
3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
4 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
5 دانشکده علوم پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
doi
10.22060/mej.2022.21196.7397چکیده
در این پژوهش حرکت میکروشناگر در یک سیال نیوتنی تراکم ناپذیر با استفاده از روش المان محدود در حالات دو و سهبعدی بررسی شدهاست. حرکت موجی شکل در دم میکروشناگر باعث ایجاد نیروهای هیدرودینامیکی درون سیال میشود و نیروی عکسالعمل آن، باعث به جلو راندن میکروشناگر میشود. برای بررسی این موضوع، معادله ناویر-استوکس با قانون نیوتن جفت شده و در ناحیه محاسباتی حل شدهاست. در قسمت اول این پژوهش، تأثیر پارامترهای هندسی، همچون عرض کانال و پارامترهای موجی، همچون دامنه و طول موج، بر سرعت میکروشناگر بررسی شد. در میان نتایج بدست آمده، رابطه بین طول موج و سرعت میکروشناگر مورد توجه قرار گرفت. نشان داده شد که روند تغییرات سرعت در حالت دوبعدی قابل پیشبینی نبوده و ارتفاع کانال شدیداً بر این رابطه تأثیر میگذارد. در قسمت دوم این مطالعه، با استفاده از مدل گسترش داده شده به بررسی پدیده شنای هماهنگ در دو حالت دو و سهبعدی پرداخته و نشان داده شد که میانگین سرعت شنا در حالت پهلو به پهلوی دوبعدی، پهلو به پهلوی سهبعدی و بالا-پایین سهبعدی، به ترتیب 12 درصد افزایش، 10 درصد کاهش و 7 درصد افزایش مییابد. در انتها نیز با بررسی توزیع فشار در دامنه محاسباتی و اطراف میکروشناگران میتوان به این نتیجه رسید که دوقطبیهای ایجاد شده ناشی از ضربه دم میکروشناگران و جهت قرارگیری آنها علت افزایش و یا کاهش میانگین سرعت شنا است.
