Modellierung und Simulation von Mikropumpen

微型泵的建模与仿真

• 批准号: 5421005
• 负责人: Professor Dr. Peter Hänggi
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Theoretische Physik I
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2003-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5421005?language=en
• 关键词: Modellierung; und; Simulation; von; Mikropumpen

In diesem Projekt soll eine neuartige Mikropumpe zur Teilchentrennung im Detail untersucht werden. Die Mikropumpe besteht aus einem dreidimensionalen Array von identischen Poren mit periodisch variierendem Durchmesser, durch die eine verdünnte Suspension der zu sortierenden Teilchen hin und her gepumpt wird. Im Zusammenspiel des asmmetrischen Strömungsfeldes mit stochastischen Kräften thermischer Natur ergibt sich nach dem Funktionsprinzip der "Brownschen Motoren" eine gerichtete Bewegung der suspendierten Teilchen. Da die Transportrichtung von den dynamisch relevanten Details des Systems abhängt, insbesondere z.B. von der Teilchengrösse, lässt sich diese hydrodynamische Mikropumpe zur kontinuierlichen und parallelen Teilchentrennung technologisch nutzen. Die Brownsche Bewegung kleiner Teilchen in einem zeitabhängigen viskosen Strömungsfeld durch eine Pore mit einem variierendem Querschnitt stellt ein anspruchvolles und komplexes hydrodynamisches Problem dar. Da allerdings für eine experimentelle Realisierung der Mikropumpe ein möglichst genaues Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse unverzichtbar ist, soll dieses Problem in unserem Teilprojekt im Zusammenspiel analytischer und numerischer Methoden eingehend untersucht werden. Im Einzelnen stehen folgende Themen im Vordergrund: (1) Transporteigenschaften. Es sollen der gerichtete Transport sowie die effektive Diffusion der Teilchen in der Pore in Abhängigkeit der Systemparameter Teilchengrösse, Pumpamplitude/frequenz, Porenform, usw. untersucht werden. Insbesondere soll hierbei die Rückwirkung der Teilchenbewegung auf die Fluidströmung berücksichtigt werden. (2) Teilchenwechselwirkung. Im Mittelpunkt stehen hier die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen mittels ihren Volumens und mittels hydrodynamischer Effekte, und insbesondere die Frage, inwieweit diese Wechselwirkungen den Transport der Teilchen beeinflussen. (3) Effizienz der Teilchentrennung. Ziel ist es schließlich, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten beiden Punkte die Effizienz der Trennung von verschieden großen Teilchen durch Anpassen der Systemparameter zu verbessern. Dies ist vor allem im Hinblick auf die optimale experimentelle Realisierung der Mikropumpe von Bedeutung. Als Ratschenmechanismen kommen dabei sowohl eine asymetrische Pore ("Ratschenoprofil") mit symmetrischem Antrieb als auch eine symetrische Pore ("Sinusprofil") mit asymetrischem Antrieb (aber Mittelwert null) in Frage. Bezüglich der Physik Brownscher Motoren und hydrodynamischer Problemstellungen kann auf einen großen Erfahrungsschatz in der Arbeitsgruppe von Prof. Hänggi zurückgegriffen werden. In der Gruppe von Prof. Zenger existieren umfangreiche Erfahrungen mit numerischen Simulationen von Strömungs-und Transportvorgängen in ähnlich komplexen Systemen wie unserer Mikropumpe.

In diesem Projekt soll eine neuartige Mikropumpe zur Teilchentrennung im Detail untersucht werden.微型泵最好的阵列是具有不同周期变化的相同孔阵列，在整个过程中都暂停了所有的技术和她的泵线。我的游戏中的机械结构与随机热力原理是“布朗发动机”的功能原理和悬浮技术的原理。 Da die Transportrichtung von den dynamisch relateden Details des Systems abhängt, insbesondere z.B. von der Teil Chengrösse，这是一种连续的水动力微型泵和并行的 Teilchentrennung 技术螺母。 Die Brownsche Bewegung kleiner Teilchen in einem zeitabhängigen viskosen Strömungsfeld durch eine Pore mit einem variierendem Querschnitt stellt ein anspruchvolles und komplexes Hydrodynamisches Problem dar。 Da allerdings for eine Experimentelle Realisierung der Mikropumpe ein möglichst genaues Verständnis der zugrunde liegenden physical Prozesse unverzichtbar ist, soll dieses Problem in unserem Teilprojekt im Zusammenspiel analytischer und numerischer Methoden eingehend untersucht 韦尔登。 Im Einzelnen stehen folgende Themen im Vordergrund：(1) Transporteigenschaften。 Es sollen der gerichtete Transport sowie die effective Diffusion der Teilchen in der Pore in Abhängigkeit der Systemparameter Teil Chengrösse, Pumpamplitude/frequez, Porenform, usw.韦尔登下。 Insbesondere soll hierbei die Rückwirkung der Teilchenbewegung auf die Fluidströmung berücksichtigt werden。 (2) Teilchenwechselwirkung。我的中点技术是通过技术中的体积和水动力效应来实现的，并且是在 Frage 中进行的，在技术蜂液运输中是通过技术来实现的。 (3) 技术效率。 Ziel ist es schließlich, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten beiden Punkte die Effizienz der Trennung von verschieden großen Teilchen durch Anpassen der Systemparameter zu verbessern.这就是微型泵的最佳实验实现。 Als Ratschenmechanismen kommen dabei sowohl eine asymmetrische Pore ("Ratschenoprofil") mit symmetrischem Antrieb als auch eine symetrische Pore ("Sinusprofil") mit asymmetrischem Antrieb (aber Mittelwert null) in Frage。物理学布朗电机和流体动力学问题的研究可以在 Hänggi zurückgegriffen 教授的 Arbeitsgruppe 教授中进行。 Zenger 教授团队在微型泵的复杂系统中存在着与数字模拟相关的结构和运输模型。