Mili ve Mikro Boyutlu Kanallarda İki Fazlı Sıvı Katı Akışı ve Manyetik Taneciklerin Akıştan Ayrılması
Two Phase Solid-Liquid Flow in Mili and Micro Sized Channels and the Separation of Magnetic Particles
Yazar: SEVİLAY GÜRBÜZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İ. YALÇIN URALCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış denklemleri = Flow equations ; Akışkanlar mekaniği = Fluid mechanics ; Lagrange yöntemi = Lagrange method ; Laminer akış = Laminar flow ; Manyetik = Magnetic ; Manyetik ayırma = Magnetic separation ; İki fazlı akış = Two phase flow

Özet:
Manyetik ayırma kolay, güvenilir, ucuz ve verimli olması dolayısıyla çevre, endüstri, tıp gibi farklı ve geniş bir alana yayılır. İlk zamanlar su ve toprağın ağır metallerden ayrılması işleminde başvurulan ayırma yöntemi manyetik taneciğin keşfiyle biyokimya, biyoanalitik, biyomedikal gibi disiplinler arası bilimlerde de dikkat çekmiştir.Manyetik tanecikler manyetik alan altında yönlendirilebilen taneciklerdir. Mikro hatta nano boyutta elde edilebilmeleri manyetik ayırmanın çok büyük sistemlerden lab-on-a-chip olarak ifade edilen birçok laboratuvar işlemlerini santimetre boyutlarındaki yongalara toplayan sistemlere dek kullanım olanağı bulmasını sağlar. Ayırma işleminde hücre yapısına zarar vermemeleri, küçük sistemlere uygulanabilirliğiyle, DNA saflaştırma, amino asit, protein gibi sarfiyatın pek istenmediği çalışmalarda başvurulur.Deneysel olarak uygulanması veya gözlenmesi zor olan sistemeler bilgisayar teknolojisi kullanılarak manyetik tanecikler yardımıyla kanser hücrelerinin ayrılması, kanser düzeyinin belirlenmesi, damar içinde yeterli dozda ilacın hedeflenen noktaya ulaştırılması gibi çalışmaların ortaya çıkmasını sağlar.Sunulan bu çalışmada, iki çıkışlı bir kanaldan geçirilen asıltıdaki taneciklerin, manyetik alan vasıtasıyla, yüksek oranda sudan ayrılarak istenilen çıkışa yönlendirilmeleri amaçlanır.Çalışmada mikrokanal içinden akan 20 mikron çapındaki manyetik taneciklerden oluşan seyreltik asıltının, manyetik alan altındaki davranışı sayısal ve deneysel olarak modellenir. Bir kanalda laminer akış sergileyen asıltı içindeki manyetik tanecikler, kanal dışına yerleştirilen sürekli mıknatıs tarafından yolundan saptırılmaya çalışılır. Tanecik, dış mıknatısın oluşturduğu manyetik alanın doğurduğu manyetik kuvvet ile sürükleme ve atalet kuvvetleri arasındaki denge sonucunda hareket eder.Tanecik davranışı, Fluent paket programında ayrık faz modeli (DPM) ile çözümlenir. Programda dış mıknatısın oluşturduğu manyetik kuvvet, C dilinde yazılmış kullanıcı tanımlı fonksiyonla (UDF) Fluent'e girilir.Çalışmada farklı kanal şekilleri ve hızlarda sıvı akışı çözümlemesi yapılmış ve bunların sonucunda belirlenen kanal için tanecik ve manyetik etki incelenmiştir. Sayısal sonuçlar hazırlanan mikroyapı ile elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.Anahtar kelimeler: manyetik ayırma, manyetik mikrotanecik, mikrokanalda akış.

Abstract:
As it is easy, credible, cheap and efficient magnetic separation has spreaded to different and vast fields like environment, industry and medicine. With the discovery of magnetic particle, the separation method which is first referred to in the process of separation of water and soil from heavy metals, it attracted attention among the sciences such as biochemistry, bioanalytics, and biomedical.Magnetic particles are the particles that can be directed under magnetic area. Obtaining them in micro even nano shape provided magnetic separation used in from big sized systems to Lab-on-a-chip, various methods have been minituarized for the separation of small particles. In the separation process with doing no harm to cell construction to be adaptable miniaturized systems, it is applied to DNA purification, aminoacid, protein studies which aren?t desired to be consumption.The systems which are hard to observe and apply experimentally contributed to studies which include separation of cancer cells, determination of the level of cancer, transmission of the expected level of drug in vein via computer technology and with the help of magnetic particles.In the study that is carried out it is intended that particles, leaving from high amount of water are directed to desired exit from a double exit channels by magnetic area.Within the study, dilute flow that is formed of magnetic particles 20 micron in diameter flowing in a channel its manners under magnetic area are modelled numerically and experimentally. The magnetic particles in the suspension that is in the condition of laminar flow are tried to be deviated constantly by a permanent magnet placed outside the channel. The particle?s trajectory resulted from magnetic, drag and inertial forces.The motion of particle solved by Fuent 6.3.26 with discrete phase model (DPM).In programme the affect of permanent magnet to magnetic particle is a function (user defined function-UDF) written in C code and compiled to Fluent by Microsoft Visual Studio.Here different channel shapes and velocities used only for liquid flow and the results of that used for defined channels in magnetic particles and magnetic force. The results of our simulations using Fluent DPM model is compared with experimental results obtained using our own microfabricated systems.Keywords: magnetic separation, magnetic microparticles, microfluidic flow.