بررسی شرایط عملکردی بر رفتار حرکتی ذره و حداکثر چگالی قابل تعلیق در فرآیند تعلیق فراصوت

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

3 دانشیار،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه اراک، اراک، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

چکیده

تعلیق فراصوت به دلیل عدم وابستگی به جنس ماده تعلیق شونده، پتانسیل بالایی برای استفاده در کاربردهای مختلف دارد. از میان پارامترهای موثر در این فرآیند، فاصله بازتابنده تا مبدل و ولتاژ بر مبدل نقش موثرتری در این فرآیند ایفا میکنند. ارائه یک مدل عددی دقیق، نقش موثری در مطالعه کارای پارامترهای موثر دارد. با استفاده از مدل عددی، خصوصیات ذرات معلق شده و نیز ظرفیت تعلیق از جمله حداکثر چگالی قابل تعلیق قابل پیشبینی است. دراین مقاله، یک مدل عددی دقیق برای بررسی اثرات موثر در فرآیند ارائه شد. در مدل ارائه شده، با حل همزمان معادلات حاکم بر پیزوالکتریک، معادله موج در محیط جامد و سیال و نیز در نظر گرفتن شرایط سه بعدی تعلیق و فیزیک ردیابی ذرات در نرم افزار کامسول، سعی شد شرایط شبیهسازی مشابه حالت تجربی باشد. تطابق مناسب نتایج مدل عددی و تجربی ارائه شده به همین دلیل است. با استفاده از مدل عددی ، اثر ولتاژ و فاصله بین مبدل و بازتابنده بر تعلیق ذرات بررسی شد. حرکت ذره حین تعلیق، با استفاده از پارامترهای پیشنهاد شده مشخصی در این مقاله به صورت ساده و موثر توصیف شد. تعریف پارامترهای فوق، امکان مقایسه شرایط ذره معلق در ولتاژ و فواصل مختلف بین مبدل و بازتابنده را ایجاد میکند. نتایج نشان داد که برای تعلیق مناسب ذرات، تنظیم پارامترهای ذکر شده باید بر اساس مقادیر یکدیگر انجام شود. همچنین با مدل عددی ارائه شده و آلگوریتم نصف کردن، حداکثر چگالی قابل تعلیق در شرایط کاری مختلف با دقت 45/0 درصد ارائه شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Sheykholeslami M, Cinquemani S, Mazdak S (2018) Numerical study of the of ultrasonic vibration in deep drawing process of circular sections with rubber die. Proceedings Volume 10595, Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems XII 10595.‏
[2] Zang D, et al. (2017) Acoustic levitation of liquid drops: Dynamics, manipulation and phase transitions. Adv Colloid Interfac 243: 77-85.
[3] Kremer J, et al. (2018) Viscosity of squalane under carbon dioxide pressure—Comparison of acoustic levitation with conventional methods. J Supercrit Fluid 141: 252-259.
[4] Bowen L (2014) Floating on sound waves with acoustic levitation. COMSOL News 44-45.
[5] Karlsen JT, Bruus H (2015) Forces acting on a small particle in an acoustical field in a thermoviscous fluid. Phys Rev E 92(4): 043010.
[6] Cristiglio V, et al. (2017) Combination of acoustic levitation with small angle scattering techniques and synchrotron radiation circular dichroism. BBA-Gen Subjects 1861(1): 3693-3699.
[7] Hatano H, et al. (1982) Ultrasonic levitation and positioning of samples. Jpn J Appl Phys 21(S3): 202.
[8] Barmatz M, Collas P (1985) Acoustic radiation potential on a sphere in plane, cylindrical, and spherical standing wave fields. J Acoust Soc Am 77(3): 928-945.
[9] Otsuka T, Nakane T (2002) Ultrasonic levitation for liquid droplet. JJAP 41(5S): 3259.
[10] Xie W, et al. (2006) Acoustic method for levitation of small living animals. Appl Phys Lett 89(21): 214102.‏
[11] Zhao S (2010) Investigation of non-contact bearing systems based on ultrasonic levitation. PhD Thesis, Paderborn university.
[12] Foresti D, et al. (2013) Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air. PNAS 110(31): 12549-12554.
[13] Zhao S, Mojrzisch S, Wallaschek J (2013) An ultrasonic levitation journal bearing able to control spindle center position. Mech Syst Signal Pr 36(1): 168-181.
[14] Ochiai Y, Hoshi T, Rekimoto J (2014) Three-dimensional mid-air acoustic manipulation by ultrasonic phased arrays. PloS One 9(5): e97590.
[15] Guo F, et al. (2016) Three-dimensional manipulation of single cells using surface acoustic waves. PNAS 113(6): 1521027.
[16] Sheykholeslami MR, Hojjat Y, Cinquemani S, Ghodsi M, Karafi M (2016) An approach to design and fabrication of resonant giant magnetostrictive transducer. Smart Struct Syst 17(2): 313-325.‏
[17] Abdullah A, Shahini M, Pak A (2009) An approach to design a high power piezoelectric ultrasonic transducer. J Electroceram 22(4): 369-382.‏
[18] Sheykholeslami M, Hojjat Y, Ghodsi M, Kakavand K, Cinquemani S (2015) Investigation of effect on vibrational behavior of giant magnetostrictive transducers. Shock Vib 2015.