NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT LƯU CHẤT DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MAO DẪN NHIỆT
Cơ học chất lỏng và chất khí (Mã số: 944 01 08)
Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu chuyển động của hạt lưu chất đa thành phần dưới tác động của mao dẫn nhiệt, một vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ y sinh, đặc biệt trong truyền dẫn thuốc đến đúng vị trí trong cơ thể với liều lượng và thời gian mong muốn. Ngoài ra, nó còn có ứng dụng trong các thiết bị vi lỏng và môi trường không gian, nơi tác động của trọng lực không đáng kể và lực mao dẫn nhiệt đóng vai trò nổi trội. Công trình này nhằm lấp đầy khoảng trống nghiên cứu hiện có về động lực học mao dẫn nhiệt của hạt lưu chất đa thành phần, đặc biệt trong ống dẫn thẳng và ống dẫn thu hẹp, cả về mặt lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số.
Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu chuyển động của hạt lưu chất đa thành phần dưới tác động của mao dẫn nhiệt bằng phương pháp theo dấu biên trên nền kỹ thuật sai phân hữu hạn. Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là tính toán mô phỏng số, sử dụng các phương pháp xấp xỉ như sai phân hữu hạn (hoặc thể tích hữu hạn) để rời rạc hóa các phương trình vi phân và lược đồ dự đoán hiệu chỉnh cho tích phân thời gian. Ngôn ngữ lập trình Fortran được sử dụng để xây dựng chương trình mô phỏng số, giải các hệ phương trình Navier-Stokes và bảo toàn năng lượng cho dòng lưu chất đa pha. Phương pháp theo dấu biên được áp dụng để theo dõi chính xác biên phân cách giữa các lớp lưu chất.
Nội dung chính của luận án được trình bày qua 5 chương: Chương 1 tổng quan về các khái niệm và tình hình nghiên cứu; Chương 2 xây dựng chương trình mô phỏng; Chương 3 nghiên cứu động lực học biến dạng và tách hạt lưu chất trong môi trường đẳng nhiệt; Chương 4 nghiên cứu động lực học mao dẫn nhiệt của hạt lưu chất đa thành phần; và Chương 5 nghiên cứu chuyển động và biến dạng của hạt lưu chất đa thành phần trong ống dẫn thu hẹp dưới tác động của mao dẫn nhiệt.
Các kết quả nổi bật bao gồm việc phát triển và kiểm chứng thành công một chương trình mô phỏng số đáng tin cậy. Luận án đã phân tích chi tiết ảnh hưởng của các tham số không thứ nguyên đến sự hình thành và dịch chuyển của hạt lưu chất, mô phỏng được chuyển động trong cả ống dẫn thẳng và thu hẹp, từ đó làm rõ vai trò của mao dẫn nhiệt trong động lực học chuyển động của hạt đa thành phần, góp phần nâng cao khả năng truyền dẫn thuốc trong công nghệ y sinh. Nghiên cứu cũng nắm bắt được các chế độ biến dạng và phân tách của sợi lưu chất đa thành phần (phân tách ở tâm, phân tách ở đầu sợi), tạo ra các hình dạng hạt khác nhau, có tiềm năng ứng dụng trong chế tạo vật liệu mới. Các phát hiện cụ thể bao gồm ảnh hưởng của số Ohnesorge, tỷ số độ nhớt, số Reynolds, số Marangoni, tỷ số bán kính và độ thắt ống đến quá trình phân tách, vận tốc dịch chuyển và độ lệch tâm của hạt lưu chất.