Mikrokanallarda cidar kayma gerilmesi ve basınç farkının sayısal olarak incelenmesi

Bu çalışmada farklı geometrideki mikrokanallar içerisinde saf su akışı için elde edilen cidar kayma gerilmesi ve basınç farkı değerleri sayısal olarak elde edilmiştir. Çalışma, benzer bir laboratuvar ortamında farklı debilerde endotel ve immun sistem hücreleri üzerinde meydana gelebilecek farklı fiziksel etkileri ve bu hücrelerin davranışlarını inceleyebilmek için bir ön çalışma niteliğindedir. Belirlenen debi aralığında, endotel hücrelerinin ve monosit hücrelerinin in-vivo’da fizyolojik olarak maruz kaldıkları ya da kalabilecekleri alt ve üst cidar kayma gerilmesi değerleri sayısal olarak tahmin edilmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda; farklı genişleme oranlarına sahip ani genişlemeli mikro- kanallar, bir cidarı kaviteli ve simetrik kıvrımlı mikrokanal olarak adlandırılan üç değişik konfigürasyonda ve farklı hacimsel debi değerlerinde analizler yapılarak, mikrokanal alt cidarlarında meydana gelen kayma gerilmesi değerleri ve kanal girişi ile çıkışı arasında oluşan basınç farkı değerleri sayısal olarak elde edilmiştir.

Numerical investigation of wall shear stress and pressure difference in microchannels

In this study, wall shear stress and pressure difference values for a pure water flow in various microchannel configurations are obtained numerically. Through simulations, physical effects of various flow rates on endothelium and immune system cells are predicted and case studies are carried out to investigate the behavior of such cells under similar laboratory conditions. In-vivo physiological behavior of endothelium and monocyte cells under real conditions can be predicted by pressure differences and wall shear stresses calculated for various flowrates. In this concept, various microchannel configurations such as sudden expanding microchannels with different expansion ratios, microchannels with cavities on one side and symmetrically curved microchannels are designed and CFD simulations are carried out to obtain computational values of the pressure drops between the inlet and outlet of the microchannels as well as wall shear stress distributions on the bottom walls of the configurations. 

___

  • Demir U. Mikrokanallarda Basınç Düşümü, Cidar Kayma Gerilmesi ve Partikül Fokuslanmasının Sayısal Olarak İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
  • Verpoorte E, De Rooij NF. “Microfluidics meets MEMS”. Proceedings of the IEEE, 91(6), 930-953, 2003.
  • McDonald JC, Duffy DC, Anderson JR, Chiu DT, Wu H, Schueller OJ, Whitesides GM. “Fabrication of microfluidic systems in polydimethylsiloxane. Electrophoresis, 21(1), 27-40, 2000.
  • Chang W, Trebotich D, Lee LP, Liepmann D. “Blood flow in simple microchannels”. 1st Annual international IEEE-EMBS Special Topic Conference on Micro-Technologies in Medicine and Biology, Lyon, France, 12-14 October 2000.
  • Sharma K, Müller N, Selerowicz W. “Experimental friction factor study for microchannel flows”. 6th International Workshop on Micro and Nano Technology for Power Generation and Energy Conversion Applications, Berkeley, USA, 29 November-1 December 2006.
  • Gunnasegaran P, Mohammed H, Shuaib NH. “Pressure drop and friction factor for different shapes of micro-channels’’. 3rd International Conference on Energy and Environment, Malakka, Malaysia, 7-8 December 2009.
  • Hrnjak P, Tu X. “Single phase pressure drop in microchannels”. International Journal of Heat and Fluid Flow, 28(1), 2-14, 2007.
  • Bahrami M, Yovanovich M, Culham JR. “Pressure drop of fully developed laminar flow in microchannel of arbitrary cross section”. 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels, Toronto, Canada, 13-15 June 2005.
  • Rossi M, Westerweel J, Ekeberg I, Vennemann P. “In vitro study of shear stress over endothelial cells by micro particle image velocimetry”. 13th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 26-29 June 2006.
  • Tian WC, Finehout E. Microfluidics for Biological Applications. 1st ed. Michigan, USA, Springer Science and Business Media, 2009.
  • Davies PF. “Flow-mediated endothelial mechano-transduction”. Physiological Reviews, 75(3), 519-560, 1995.
  • Song JW, Gu W, Futai N, Warner KA, Nor JE, Takayama S. “Computer controlled microcirculatory support system for endothelial cell culture and shearing”. Analytical Chemistry, 77(13), 3993-3999, 2005
  • Lehoux S, Castier Y, Tedgui A. “Molecular mechanisms of the vascular responses to haemodynamic forces”. Journal of Internal Medicine, 259(4), 381-392, 2006.
  • Chang WC, Lee LP, Liepmann D. “Biomimetic technique for adhesion based collection and separation of cells in a microfluidic channel”. Lab Chip, 5(1), 64-73, 2005.
  • Lu H, Koo LY, Jensen KF, Wang WM. “Microfluidic shear devices for quantitive analysis of cell adhesion”. Analytical Chemistry, 76, 5257-5264,2004.
  • Paszkowiak JJ, Dardik A. “Arterial wall shear stress: observations from the bench to the bedside”. Vascular and Endovascular Surgery, 37(1), 47-57, 2003.
  • Kwak B.R., Bäck M., Bochaton-Piallat M.L., Caligiuri G., Daemen M.J.A.P., Davies P.F., Hoefer I.E., Holvoet P., Jo H., Krams R., Lehoux S., Monaco C., Steffens S.,Virmani R., Weber C., Wentzel J. J., Evans P. C. “Biomechanical factors in atherosclerosis: Mechanisms and clinical implications”. European Heart Journal, 35(43), 3013-3020, 2014.
  • Cunningham KS, Gotlieb AI. “The role of shear stress in the pathogenesis of atherosclerosis”. Laboratory Investigation, 85(1), 9-23, 2005.
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7009
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Uyumsuz iş setlerini içeren karmaşık montaj hattı dengeleme problemi için bastırılmamış sınıflandırmalı karınca koloni optimizasyonu algoritması

İbrahim KÜÇÜKKOÇ

Bir çokamaçlı filo konuşlandırma probleminin NSGA-II ve SMS-EMOA evrimsel algoritmalarının uyarlanması ile çözümü

Ertan YAKICI

Genleştirilmiş perlitin ısı yalıtım teknolojilerinde kullanılabilirliğinin incelenmesi

Onuralp Uluer, İbrahim KARAAĞAÇ, Mustafa AKTAŞ, Gökhan DURMUŞ, Ümit AĞBULUT, Ataollah KHANLARİ, Damla Nur ÇELİK

Benzetim modelleme ve deneysel tasarım ile sinyal kontrollü kentsel trafik akışının en iyilenmesi

Rahime SANCAR EDİS, Pınar MIZRAK ÖZFIRAT

Sağlık sistemlerinde yöneylem araştırması teknikleri: 2007-2017 yılları arası literatür taraması

Gül Didem BATUR, Serpil EROL

Özdeş olmayan paralel makina çizelgeleme problemlerinin çözümü için bir karar destek sistemi

İnci SARIÇİÇEK

Mikrokanallarda cidar kayma gerilmesi ve basınç farkının sayısal olarak incelenmesi

Sertaç ÇADIRCI, Ufuk DEMİR, Semra Zülal BİROL, Levent TRABZON, Hasan GÜNEŞ

Isıl parametreleri değişken olan dairesel kanatların parametrelerin değişimi yöntemi kullanılarak optimizasyonu

Cihat Arslantürk

Kış sezonu köprü ısıtma sistemi için deniz suyu kaynaklı ısı pompası dizaynı

Gökay KÜTÜKÇÜ, Hakan DEMİR

Ortalama-Varyans portföy optimizasyonu için parçacık sürü optimizasyonu algoritması: Bir Borsa İstanbul uygulaması

Hasan AKYER, Can Berk KALAYCI, Hakan AYGÖREN