Low reynolds number swimming of helical structures and rigid spheres
Sarmal yapılar ve katı kürelerin düşük reynolds sayılı ortamlarda yüzmesi
- Tez No: 509183
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikro yüzücüler, hastalıkların tanısı ve tedavisine yönelik minimal invasif medikal uygulamaların gerçekleştirilmesini sağlayabilecek büyük potansiyele sahiptir. Tehlikeli tedavilerin yan etkilerini azaltıp tedavi kaynaklı ikincil sorunların giderilmesini sağlayabilecek hedefli ilaç taşınımının gerçekleştirilmesinde umut vaat eden adaylardır. Ancak, vücut salgıları gibi düşük Reynolds sayısına sahip ortamlarda küçük ölçekli yüzücülerin itki elde edebilmesi, yüzmeyi sağlayacak hareketin zaman göre simetrisini kırabilmeyi gerektirir; bu da viskoz ortamlarda mikro yüzücülerin ilerleyebilmesini zorlu bir görev yapmaktadır. Bu tezde kiral ve aksisimetrik yüzücülerin düşük Reynolds sayılı ortamlarda silindirik kanal içinde yüzme performansları bilgisayarlı simülasyon, numerik modelleme ve deneysel çalışmalar kullanılarak incelenmiştir. Bu araştırma alanında kullanılan kiral ve aksisimetrik yüzücülerin performansını geniş bir çerçevede ve yüksek tutarlılıkla analiz etmede kullanılabilecek bilgisayarlı hesaplama metotları sunulmuştur. Kiral yapıların yüzmesine etki eden geometrik parametreler analiz edilmiş ve bu yüzücülerin maksimum hız ya da verimlilik açısından optimize edilmesine olanak tanıyacak bir kılavuz oluşturulmuştur. Aksisimetrik parçacık kullanılarak yüzme hareketinin zamana göre simetrisinin kırılması, küresel yüzücünün silindirik kanalla hidrodinamik etkileşimleri kullanılarak başarılmıştır. Direnç kuvveti teorisinden faydalanarak hazırlanan numerik modelin küresel yüzücülerin gezingelerinin yüksek tutarlılıkla hesaplayabildiği gösterilmiştir. Sert kürelerin eylemsizlik kuvvetlerinden bağımsız olarak silindirik kanal içerisinde merkez eksene odaklanması deneysel olarak gösterilmiştir. Bu tezde sunulan bulgular hem kiral hem aksisimetrik yüzücülerin karakterizasyonuna dair bilgi birikimimize katkıda bulunarak, mikro yüzücüler ile başarılabilecek yeni uygulamaların önünü açma potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
Micro swimmers have a great potential to realize minimally invasive medical procedures to detect and treat diseases. They are promising candidates for achieving targeted drug delivery, which can reduce the side effects of potent drugs and minimize the secondary complications of dangerous treatments. However, swimming at low Reynolds number environments such as bodily fluids requires breaking the time reversal symmetry to achieve propulsion, therefore swimming of micro structures in viscous environments presents a challenge. In this thesis, swimming characteristics and performance of both chiral and magnetically actuated axisymmetric structures swimming inside cylindrical conduits at low Reynolds numbers are investigated using computational and numerical models, as well as experimental studies. Computational tools that predict the swimming performance of both chiral and axisymmetric swimmers are presented to provide a comprehensive analysis that considers both types of swimmers used in this research field. Effects of geometric parameters on the swimming performance of chiral structures are analyzed and guidelines for designing helical tails for optimized velocity or efficiency are established using a computational fluid dynamics model. Symmetry breaking with axisymmetric particles is achieved by exploiting their hydrodynamic interactions with confining boundaries. A numerical model based on the resistive force theory that can predict their trajectories with high accuracy is reported. Non-inertial focusing and controlled motion of rigid spheres inside cylindrical channels are experimentally demonstrated. The findings presented contribute to our understanding of the swimming characteristics of both symmetric and asymmetric micro swimmers and pave the way for new applications.
Benzer Tezler
- Design, characterization, visualization and navigation of swimming micro robots in channels
Kanal içinde yüzen mikro robotların tasarımı, karakterizasyonu, görüntülenmesi ve navigasyonu
FATMA ZEYNEP TEMEL
Doktora
İngilizce
2013
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Effects of geometric parameters and flow on microswimmer motion in circular channels
Silindirik kanallarda mikroyüzücü hareketine akışın ve geometrik parametrelerin etkisi
ALPEREN ACEMOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Low Reynolds number aerodynamics of flapping airfoils in hover and forward flight
Havada asılı konumda ve ileri uçuşta çırpan kanat kesitlerinin düşük Reynolds sayılı aerodinamiği
ERKAN GÜNAYDINOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- Unsteady aerodynamics of cambered airfoils at low Reynolds number
Düşük Reynolds sayılarında kamburlu kanat profillerinin zamana bağlı aerodinamiği
TAWFIQ AHMED
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- Uniform entry flow at low reynolds number for application to past release process
Lehim pastası çıkarma prosesi uygulaması için düşük reynolds sayısında tek tip giriş akışı
MANU DUBE
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Makine MühendisliğiState Unıversıty Of New York At BınghamtonMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. C. SAHAY