Simulación Numérica Directa de Partículas en Campos Eléctricos de Variación Espacial
Autores: Amah, Edison; Janjua, Muhammad; Singh, Pushpendra
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Simulación Numérica Directa de Partículas en Campos Eléctricos de Variación Espacial
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Esquema numérico
Partículas dieléctricas
Dispositivos microfluídicos
Método del multiplicador de Lagrange
Tensor de tensión de Maxwell
Fuerza eléctrica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Se desarrolla un esquema numérico para simular el movimiento de partículas dieléctricas en campos eléctricos uniformes y no uniformes de dispositivos microfluídicos. El movimiento de las partículas se simula utilizando un método de multiplicador de Lagrange distribuido (DLM) y la fuerza eléctrica que actúa sobre las partículas se calcula integrando el tensor de tensión de Maxwell (MST) sobre las superficies de las partículas. Una de las características clave del método DLM utilizado es que el sistema fluido-partícula se trata implícitamente mediante una formulación débil combinada, donde las fuerzas y momentos entre las partículas y el fluido se cancelan, ya que son internos al sistema combinado. El MST se obtiene del potencial eléctrico, que, a su vez, se obtiene resolviendo el problema electrostático. En nuestro esquema numérico, el dominio se discretiza utilizando un esquema de elementos finitos y se utiliza la técnica de separación de operadores de Marchuk-Yanenko para desacoplar las dificultades asociadas con la restricción de incomprensibilidad, el término de convección no lineal, la restricción de movimiento de cuerpo rígido y el término de fuerza eléctrica. El código numérico se utiliza para estudiar el movimiento de partículas en una jaula dielectrofórica que puede usarse para atrapar y mantener partículas en su centro. Si las partículas se alejan del centro de la jaula, una fuerza de reordenamiento actúa sobre ellas hacia el centro. Los resultados del MST muestran que la relación entre la interacción partícula-partícula y las fuerzas dielectrofóricas disminuye con el aumento del tamaño de las partículas. Por lo tanto, las partículas más grandes se mueven principalmente bajo la acción de la fuerza dielectrofórica (DEP), especialmente en las regiones de alto gradiente de campo eléctrico. En consecuencia, cuando el espacio entre los electrodos es comparable al tamaño de la partícula, en lugar de recolectarse en el mismo electrodo formando cadenas, se recolectan en diferentes electrodos.
Descripción
Se desarrolla un esquema numérico para simular el movimiento de partículas dieléctricas en campos eléctricos uniformes y no uniformes de dispositivos microfluídicos. El movimiento de las partículas se simula utilizando un método de multiplicador de Lagrange distribuido (DLM) y la fuerza eléctrica que actúa sobre las partículas se calcula integrando el tensor de tensión de Maxwell (MST) sobre las superficies de las partículas. Una de las características clave del método DLM utilizado es que el sistema fluido-partícula se trata implícitamente mediante una formulación débil combinada, donde las fuerzas y momentos entre las partículas y el fluido se cancelan, ya que son internos al sistema combinado. El MST se obtiene del potencial eléctrico, que, a su vez, se obtiene resolviendo el problema electrostático. En nuestro esquema numérico, el dominio se discretiza utilizando un esquema de elementos finitos y se utiliza la técnica de separación de operadores de Marchuk-Yanenko para desacoplar las dificultades asociadas con la restricción de incomprensibilidad, el término de convección no lineal, la restricción de movimiento de cuerpo rígido y el término de fuerza eléctrica. El código numérico se utiliza para estudiar el movimiento de partículas en una jaula dielectrofórica que puede usarse para atrapar y mantener partículas en su centro. Si las partículas se alejan del centro de la jaula, una fuerza de reordenamiento actúa sobre ellas hacia el centro. Los resultados del MST muestran que la relación entre la interacción partícula-partícula y las fuerzas dielectrofóricas disminuye con el aumento del tamaño de las partículas. Por lo tanto, las partículas más grandes se mueven principalmente bajo la acción de la fuerza dielectrofórica (DEP), especialmente en las regiones de alto gradiente de campo eléctrico. En consecuencia, cuando el espacio entre los electrodos es comparable al tamaño de la partícula, en lugar de recolectarse en el mismo electrodo formando cadenas, se recolectan en diferentes electrodos.