شبیه سازی حرکت میکروشناگران با الگوبرداری از روی اسپرم به روش المان محدود

در این پژوهش حرکت میکروشناگر در یک سیال نیوتنی تراکم ناپذیر با استفاده از روش المان محدود در حالات دو و سه بعدی بررسی شده است. حرکت موجی شکل در دم میکروشناگر باعث ایجاد نیروهای هیدرودینامیکی درون سیال می شود و نیروی عکس العمل آن، باعث به جلو راندن میکروشناگر می شود. برای بررسی این موضوع، معادله ناویر-استوکس با قانون نیوتن جفت شده و در ناحیه محاسباتی حل شده است. در قسمت اول این پژوهش، تاثیر پارامترهای هندسی، همچون عرض کانال و پارامترهای موجی، همچون دامنه و طول موج، بر سرعت میکروشناگر بررسی شد. در میان نتایج بدست آمده، رابطه بین طول موج و سرعت میکروشناگر مورد توجه قرار گرفت. نشان داده شد که روند تغییرات سرعت در حالت دوبعدی قابل پیش بینی نبوده و ارتفاع کانال شدیدا بر این رابطه تاثیر می گذارد. در قسمت دوم این مطالعه، با استفاده از مدل گسترش داده شده به بررسی پدیده شنای هماهنگ در دو حالت دو و سه بعدی پرداخته و نشان داده شد که میانگین سرعت شنا در حالت پهلو به پهلوی دو بعدی، پهلو به پهلوی سه بعدی و بالا-پایین سه بعدی، به ترتیب 12 درصد افزایش، 10 درصد کاهش و 7 درصد افزایش می یابد. در انتها نیز با بررسی توزیع فشار در دامنه محاسباتی و اطراف میکروشناگران می توان به این نتیجه رسید که دوقطبی های ایجاد شده ناشی از ضربه دم میکروشناگران و جهت قرارگیری آن ها علت افزایش و یا کاهش میانگین سرعت شنا است.