NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA HẠT CHẤT LỎNG VỚI BỀ MẶT RẮN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MAO DẪN NHIỆT
CƠ HỌC CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ (Mã số: 9 44 01 08)
Luận án "Nghiên cứu tương tác của hạt chất lỏng với bề mặt rắn dưới tác động của mao dẫn nhiệt" của Nguyễn Đình Hòe tập trung vào việc nghiên cứu động lực học và tương tác của hạt chất lỏng đa lớp với bề mặt rắn trong các thiết bị vi lỏng. Công trình được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của GS. TS Vũ Văn Trường và TS. Nguyễn Hồng Phan.
Mạch vi lỏng, với khả năng tích hợp toàn bộ quy trình xét nghiệm trên một tấm mạch, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về chuyển động của hạt chất lỏng. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào hạt chất lỏng đơn lớp, trong khi ứng dụng thực tế trong y học, công nghệ thực phẩm và vật liệu thường sử dụng hạt chất lỏng đa lớp. Luận án này giải quyết khoảng trống đó bằng cách nghiên cứu chi tiết ứng xử của hạt chất lỏng đa lớp dính ướt trên bề mặt rắn dưới tác động của trường nhiệt độ, bao gồm cả tương tác dạng cản trở và tương tác dạng trực tiếp. Mục tiêu chính là đưa ra động lực học ứng xử và tương tác của hạt chất lỏng đa lớp với bề mặt rắn dưới sự tác động của mao dẫn nhiệt.
Nội dung luận án bao gồm năm chương chính. Chương 1 tổng quan về các khái niệm cơ bản và tình hình nghiên cứu hiện tại, chỉ ra những hạn chế trong mô phỏng số, lý thuyết và thực nghiệm đối với hạt chất lỏng đa lớp. Chương 2 trình bày việc xây dựng chương trình mô phỏng, dựa trên các phương trình toán học như bảo toàn động lượng (Navier-Stokes), liên tục và năng lượng, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và ngôn ngữ lập trình FORTRAN.
Chương 3 mô phỏng tương tác của hạt chất lỏng đa lớp với biên dạng kênh dẫn thắt lại trong điều kiện đẳng nhiệt, nghiên cứu độ lõm tại bề mặt phía sau của hạt chất lỏng đa lớp dưới ảnh hưởng của các tham số như số mao dẫn Ca, tỷ số bán kính và tỷ số sức căng bề mặt. Chương 4 khảo sát tương tác của hạt chất lỏng đa lớp với bề mặt rắn không dính ướt dưới tác động của mao dẫn nhiệt, chỉ ra các trạng thái nảy lên, cân bằng hoặc rơi xuống của hạt tùy thuộc vào số Marangoni (Ma), số Bond (Bo), số Weber (We) và số Reynolds (Re). Chương 5 nghiên cứu chuyển động của hạt chất lỏng đa lớp trên bề mặt dính ướt dưới tác động của mao dẫn nhiệt, phân tích quỹ đạo dịch chuyển của hạt dựa trên góc tiếp xúc tĩnh, tỷ số độ nhớt và kích thước hạt bên trong.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc phát triển chương trình mô phỏng tương tác của hạt chất lỏng đa lớp, khám phá các đặc tính động lực học mới so với hạt đơn lớp, phân tích sâu sắc ảnh hưởng của các tham số không thứ nguyên đến độ lõm và hướng dịch chuyển của hạt, cũng như đưa ra hiện tượng hạt đa lớp nảy lên và ổn định trên bề mặt rắn không dính ướt. Các kết quả này đóng góp quan trọng vào việc phát triển các ứng dụng liên quan đến mạch vi lỏng, chế tạo bề mặt tự làm sạch, và truyền dẫn thuốc trong y học. Các kết quả của luận án đã được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín thuộc danh mục SCIE (ISI).