تأثیر موقعیت اولیه رهایش بر حرکت ذرات در محل تعلیق فراصوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

3 دانشگاه اراک

4 دانشگاه دیکینز، استرالیا

10.61186/masm.2025.2064946.1162
چکیده
تعلیق فراصوت به‌عنوان یک فناوری پیشرو در جانمایی غیرتماسی ذرات، به دلیل استقلال از خواص فیزیکی ماده و در نتیجه آن کاربردهای گسترده در حوزه‌هایی مانند صنایع داروسازی، میکروالکترونیک و مهندسی شیمی، جایگاه ویژه‌ای در پژوهش‌های نوین یافته است. بااین‌حال، بهره‌برداری بهینه از این فناوری مستلزم شناخت عمیق پارامترهای مؤثر بر پایداری و دینامیک ذرات است. در این مطالعه، تأثیر موقعیت اولیه رهایش ذرات به‌عنوان یک عامل کلیدی، بر رفتار دینامیکی ذرات تعلیق شده در سیستم تعلیق فراصوت مورد بررسی قرار گرفت. فشار آکوستیک در فرکانس ۲۰ کیلوهرتز، با استفاده از شبیه‌سازی چند فیزیکی در نرم‌افزار کامسول مدل‌سازی و رفتار ۲۰ ذره پلی‌پروپیلن (قطر ۳ میلی‌متر، چگالی ۹۱۰ کیلوگرم بر مترمکعب) در موقعیت‌های اولیه مختلف (از 23/0 تا01/8) تحلیل شد. نیروهای درگ، فشارصوتی و گرانش به‌عنوان نیروهای موثر در گپ تعلیق درنظر گرفته شدند. نتایج به‌دست آمده نشان داد، ذرات رهاشده در مجاورت گره فشاری کم‌ترین دامنه نوسانات و کوتاه‌ترین زمان رسیدن به پایداری را تجربه می‌کنند. با افزایش فاصله‌ی محل رهایش اولیه ذرات از گره فشار دامنه‌ی نوسانی و زمان رسیدن به ‌پایداری افزایش پیدا کرده است. تاثیر این عامل بر افزایش زمان پایداری در نقاط نزدیک به بازتابنده نسبت به نقاط نزدیک به مبدل بیش‌تر بوده که به معنی وضعیت پایدارتر ذرات تعلیق شده در این نقاط است. اعتبارسنجی تجربی تطابق قابل‌توجهی با نتایج شبیه‌سازی نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

The Effect Of Initial Release Point On Particle Motion In Acoustic Levitation

نویسندگان English

Mohammadreza sheykholeslami Borghani 1
Zahra Heydari 2
Davood Dehghani 3
Hamid Abdi 4
1 Department of mechanical engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran
2 Manufacturing department, Engineering faculty,,Arak University, Arak, Iran
3 Arak University
4 Senior member of IEEE, School of Engineering, Deakin University, Geelong Waurn Ponds Campus, Australia
چکیده English

Ultrasonic levitation, as an advanced non-contact particle manipulation technology, has gained prominence in modern research due to its independence from material physical properties and extensive applications in fields such as pharmaceuticals, microelectronics, and sonochemistry. However, optimal utilization of this technology requires a deep insight into parameters affecting particle stability and dynamics. In this study, the impact of initial particle release position—a less-explored key factor—on the dynamic behavior of particles levitated in an ultrasonic levitation system was investigated. Acoustic pressure at 20 kHz was modeled using Multiphysics simulation in COMSOL software, and the behavior of 20 polypropylene particles (diameter: 3 mm, density: 910 kg/m³) at various initial positions (ranging from 0.23 to 8.01) was analyzed. Drag forces, acoustic pressure forces, and gravitational forces were considered effective forces. Results revealed that particles released near pressure nodes exhibited the lowest oscillation amplitude and shortest stabilization time. As the initial release distance from pressure nodes increased, both oscillation amplitude and stabilization time increased. This factor’s influence on stabilization time was more pronounced near the reflector than near the transducer, indicating that particles released close to the reflector achieve a more stable levitated state compared to those released close to the transducer. Experimental validation showed significant agreement with simulation results.

کلیدواژه‌ها English

Ultrasonic levitation
Initial release position
Particle movement

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 شهریور 1404

  • تاریخ دریافت 15 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 21 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 03 شهریور 1404