25269

هيدروديناميك حاكم بر شناگر هاي مصنوعي: معرفي و بررسي يك مكانيزم شناگر

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك گرايش تبديل انرژي

1397

شهريور 1400

دكتر مجيد رجبي

مهندسي مكانيك

در بررسي هاش صورت گرفته دربارۀ رژيم جريان، طبقه بندش هاش م تلفي اآ جمله سيالات ايده ال در برابر سيالات واقعي، سيال نيوتوني در مقابل سيال غير نيوتني، جريان هاش يك، دو و سه بعدش، جريان لزج در برابر جريان غير لزج، جريان داخلي در مقابل جريان خارجي، جريان ارام در برابر جريان اشفته، جريان پايدار در مقابل جريان ناپايدار و جريان تراكم ناپذير در مقابل جريان تراكم پذير صورت پذيرفته اسم. در اين پژوهش، با الاو گيرش اآ نمونه هاش موجود در طبيعم هم چون ميكرو اُرگاني م ها، به بررسي قابليم حركم شناگر هاش مصنوعيِ خود تحريك در ابعاد كوچك تر اآ يك هزارم متر و كوچك تر كه اصطلاحاً ميكرو شناگر ناميده مي شوند، پرداخته شده و مكانيزمي به عنوان مدل نيز معرفي گرديده اسم. هم چنين براش درك بهتر، نمودار هاش سرعم و م ير حركم اين ميكرو شناگر است راج گرديده اند. هدا اصلي اآ تعريف و حل چنين م ئله اش، به دسم اوردن م ير هاش حركم موجود براش اين مكانيزم با توجه به تغييرات هندسي و پارامتر هاش كنترلي اسم. در اين پژوهش، براش امكان سنجي حركم ميكرو شناگر، اآ تلفيقي اآ حل هاش تحليلي و عددش استفاده شده اسم، به اين صورت كه معادلات ديناميكي حاكم بر حركم ميكرو شناگر با معادلات ناوير-استوكس كه كنترل كنندۀ رژيم جريان مي باشد، كوپل شده و به صورت عددش حل شده اند. مي توان دريافم كه ارتباط ب يار معنا دارش بين اختلاا طول عضو هاش ميكرو شناگر با م ير حركم به دسم امده وجود دارد. هم چنين اختلاا فاآ و فركانس آاويه اش تغيير طول عضو ها نيز در تنوع م ير حركم مكانيزم نقش مهمي را باآش مي كند. در پايان نيز نتايج پژوهش كه در برگيرندۀ نمودار هاش موقعيم، سرعم و م ير حركم ميكرو شناگر اسم، در حالم هاش م تلف تغييرات هندسي و پارامتر هاش كنترلي، ارائه شده اند. با توجه به روند تغييرات م ير حركم ميكرو شناگر با تغييرات پارامتر هاش ياد شده مي توان فهميد كه دو دستۀ كلي اآ م ير حركم كه به صورت م ير هاش محدود و نامحدود ه تند، به دسم مي ايند.

1400/07/10

The Governing Hydrodynamics of Artificial Swimmers: Introduction and Investigation of a Swimming Mechanism A

9/22/2022 12:00:00 AM

There are several different classifications of flow regimes that acquired based on early investigations, Newtonian fluid versus non-Newtonian fluid, ideal fluids versus actual fluids, one, two or three dimensional flow, viscous flow versus inviscid flow, internal flow versus external flow, laminar flow versus turbulent flow, steady flow versus unsteady flow and incompressible flow versus compressible flow, are some examples. In this study, a model mechanism is patterned after the available cases are in nature, like microorganisms, to investigate the capability of any motion in artificial self-swimming micro-mechanisms. With a little attention, it can be found that the micro-swimmer would swim in a low Reynolds number flow regime created by laminar, viscous and reversible flow conditions. In current study, a combination of analytical and numerical solution has been used for feasibility of micro-swimmer motion. By coupling of the governing dynamical equations and Navier-Stokes equations, the position and velocity vectors of micro-swimmer are available and the trajectory can easily be obtained, too. At the end, the translational and rotational position and velocity of the micro-swimmer are plotted in time in various conditions of control parameters. Also, the trajectory is obtained as the main characteristic of the micro-swimmer’s motion. It is obvious that all numerical cases of control parameters can’t be solved and just a few examples are investigated to some trends be shown.

ميكرو اُرگانيسم، عدد رينولدز پايين، ميكرو شناگر مصنوعي

micro-organism, low Reynolds number, artificial micro-swimmer