Зураг. Микро хоолой дахь тэнцвэрийн байрлал руу шилжих бөөмийн шилжилт. Энэ байрлалын геометр байрлал нь өргөх болон таталцлын хүчний хоорондох тэнцвэрт байдлаар тодорхойлогдоно.
Оросын Шинжлэх ухааны академийн Фрумкины нэрэмжит физик хими, электрохимийн хүрээлэн мөн Juelich–ийн судалгааны төвийн хамтарсан судлаачдын баг хязгаарлагдмал хэмжээтэй бөөмд үйлчлэх инерциал өргөх хүчний механизмыг тодорхойлжээ. Иймэрхүү тооцоо нь өмнө нь зөвхөн зарим тодорхой тохиолдлуудад боломжтой байсан. Бөөмийг ангилахад энэхүү инерциал өргөх хүчийг ашигласан илүү нарийн бодитой тооцсон судалгааны ажлаа “Fliud Mechanics” сэтгүүлд хэвлүүлсэн байна. Судлаачид микро суваг дахь бөөмд үйлчлэх хүчийг судласан. Бөөмийн шинж чанар нь инерцийн хүчийг шингэн дэх дотоод үрэлтийн хүчид (наалдамхай байдал) харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогдох Рейнолдын тогтмолоос хамаарна. Урсаж байгаа шингэний бөөмс нь бүгд нэгэн чигт урсгалын дагуу явж байвал тухайн шингэний урсгалыг аажуу урсгалтай, шингэний бөөмс нь зэрэг олон зүгт хөдөлгөөнтэй байвал ийм урсгалыг хуйлрах урсгал гэж нэрлэнэ. Рейнолдын тогтмол хязгаарлагдмал үед бөөмс хөндлөн чиглэлд тэнцвэрийн байрлалын орчим руу шилжинэ. Энэ шилжилт (шилжих хөдөлгөөн) нь инерциал өргөх хүчний үйлчлэлтэй холбоотой. Микро хоолой дахь бөөмийн шилжилтийг нарийн тооцох нь хавдартай хэсгээс эрүүл эсийг ялган авч ашиглахад тусална. Бөөмд хэд хэдэн хүч нэгэн зэрэг үйлчилдэг тул тэдгээрийн шилжилтийг онолын хувьд тайлбарлахад хүндрэлтэй. Өмнөх судалгаанууддаа зөвхөн хэмжээ нь үл тооцогдох эсвэл хязгаарлагдмал хэмжээтэй дан ганц хананы ойролцоох бөөмийн шилжилт гэх мэт энгийн тохиолдлуудыг авч үзсэн. Судалгааны ажлын хамтран зохиогч Москвагийн Их сургуулийн механикийн институтын эрдэм шинжилгээний ахлах ажилтан, IPCE-ийн эрдэм шинжилгээний тэргүүлэх ажилтан Евгений Савельевич Асмолов хэлэхдээ "Инерциал микро флуид нь өргөн ашиглагддаг боловч одоог хүртэл зөвхөн Рейнолдын тоо их үед микро хоолойд даралтын их хэмжээний бууралт шаардагдах хүндрэл үүсдэг тул шингэний шахуургаас том дусал шахах хэрэгтэй, иймээс орчин үеийн төхөөрөмжүүд нь бөөмийн салгах өргөн сувагтай байх хэрэгтэй” хэмээжээ.
Шинээр хийсэн судалгаандаа микро хоолой дахь хязгаарлагдмал
хэмжээтэй бөөмийн гидродинамик өргөлтийн хүчийг тодорхойлох ерөнхий онолыг илүү
тусгасан. Үүнээс гадна судлаачид
бөөм хана хоорондын харилцан үйлчлэлийг тооцон, янз бүрийн нягтшил бүхий бөөмийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглахын тулд хэд
хэдэн энгийн туршилтын хүрээнд дүн шинжилгээ хийсэн. Хэрэв бөөмийн нягтшил нь шингэнийхээс
ялгаатай бол өргөх хүч нь таталцлын хүч болон хөвөх (шингэн дотор байгаа биет дээр үйлчлэх түлхэх
хүч) хүчээр тэнцвэржинэ. Эдгээр хоёр хүчний
нийлбэр нь тэнцвэрийн байрлалыг
өөрчлөх эсвэл бүр мөсөн үгүй болгож болно. Эрдэмтэд шинэ онолоо компьютерийн симуляци ашиглан баталжээ.
Тэдний үр дүнгээс үзэхэд шинэ томьёо нь хязгаарлагдмал тохиолдлуудад өмнө нь
авч үзэж
байсан. Үүнээс гадна
физикчид бөөмийн шинж
чанарыг урьдчилан таамаглахын
тулд хэд хэдэн энгийн туршилтын орчинд дүн шинжилгээ хийсэн. Судалгааны
ажлын хамтран зохиогч, Москвагийн Их сургуулийн
физикийн тэнхмийн профессор IPCE-ийн
лабораторын эрхлэгч Ольга Виноградова
хэлэхдээ "Бидний
таамагласнаар Рейнолдын
тогтмол бага байсан ч бөмбөрцөг бөөмс
зөвхөн тэдгээрийн нягтрал болон радиусаас хамаарсан гинжин цуваагаар микро
сувгийн хананаас онгоц шиг тодорхой зайд хөөрөх болно. Энэ тохиолдолд эдгээр
бөөмсийн гинжин цувааг lab-on–chip төхөөрөмжид лабораторийн
аргаар амархан салгаж болох ба энэ нь Рейнолдын тогтмол ихтэй өргөн сувгаас илүү үр дүнтэй байдаг" хэмээжээ.
Цааш судлах: How to cut a vortex
into slices
Нэмэлт мэдээлэл: Evgeny S. Asmolov et al, Inertial focusing of finite-size
particles in microchannels, Journal of Fluid Mechanics (2018). DOI:
10.1017/jfm.2018.95
Journal reference: Journal
of Fluid Mechanics
Мэдээллийг бэлтгэсэн: ФТХ,
Онолын Физикийн салбарын ЭШДаА Б.Мөнхзаяа