Network flow model for microfiltration

• Autorzy: Domański Z. , Ciesielski M. , Baran B.

Warianty tytułu

PL

Model sieciowy mikrofiltracji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The flow of particles suspended in fluids and transported through different geometries is a process with numerous applications. Realistic filters have randomly-interconnected channel space with complex flow path. However, in micro-fluidic systems, channel space may resemble two-dimensional (2D) tessellation. Here we adopt the network flow concept to analyze 2D micro-filters and study the filter efficiency and the clogging time.

PL

Mikroukłady filtrujące charakteryzują się dwuwymiarową regularną siecią kanałów. Praca dotyczy wpływu symetrii sieci na wydajność filtrów i ich odporność na zatykanie. Układ filtrujący jest modelowany za pomocą sieci wzajemnie połączonych kanałów, których średnice są dyskretnymi zmiennymi losowymi o zadanych rozkładach prawdopodobieństwa. Średnice kanałów są tak dobrane, że płyn i filtrowane cząstki przepływają swobodnie przez kanały szerokie (S), zaś w kanałach wąskich (W) cząstki są zatrzymywane. Ruch cząstki trwa do momentu jej zatrzymania w jednym z kanałów lub do momentu opuszczenia filtru. Cząstki są wprowadzane do układu do czasu jego zablokowania. Analizowano sieci kanałów o symetriach reprezentatywnych dla dwuwymiarowych filtrów o strukturach kanałów odpowiadających regularnym i półregularnym podziałom płaszczyzny. Z otrzymanych histogramów czasu blokowania filtru wynika, że dla każdej struktury sieci kanałów wartość oczekiwana czasu blokady ma rozbieżność typu tangens, gdy frakcja kanałów S staje się bliska progowi perkolacji wiązań danej sieci. Statystycznie zbiór kanałów S zaczyna umożliwiać komunikację między wejściem i wyjściem z układu i układ traci własności filtrujące.

Słowa kluczowe

EN

clogging time; filter efficiency; microfilter

PL

mikrofiltracja; sprawność filtracji; blokowanie filtrów; model sieciowy

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2010
• Tom: No. 5
• Strony: 53--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Domański Z.

autor

Ciesielski M.

autor

Baran B.

• Institute of Mathematics, Częstochowa University of Technology, ul. Dąbrowskiego 69, 42-201 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• 1. Austin R. H.: Nanofluidics: a fork in the nano-road, Nature Nanotechnology, 2, 2, (2007) 79-80.
• 2. Baran B.: Ph. D. Thesis, Czestochowa University of Technology, (2007), unpublished.
• 3. Basu A. S., Gianchandani, Y.: Virtual microfluidic traps, filters, channels and pumps using Marangoni Flows, Journal of Micromechechanics and Mocroengineering, 18, 11 (2008) 115031.
• 4. Broadbent S., R., Hammersley, J., M.: Percolation processes, I. Crystals and mazes, Math. Proc. Cambridge Philos. Soc., 53, 3 (1957) 629-641.
• 5. Chou C-F., et al.: Sorting by diffusion: An asymmetric obstacle course for continuous molecular separation, Proc. Natl. Acad. Sci. United States Am., 96, 24 (1999) 13762-13765.
• 6. Chubynsky M. V., Thorpe M. F.: Mean-field conductivity in a certain class of networks, Phys. Rev. E, 71 (2005), 56105.
• 7. Datta S., Redner, S.: Gradient clogging in depth filtration, Phys. Rev. E, 58, 2 (1998) R1203-R1206.
• 8. Domanski Z., Baran B., Ciesielski M.: Resistance to clogging of fluid microfilters, in: Proceedings of the World Congress on Engineering 2010, ISBN: 978-988-17012-0-6, San Francisco, October 2010, Newswood Ltd. International Association of Engineers, Hong Kong
• 9. Grünbaum B., Shepard G.: Tilings and Patterns, Freeman W. H., New York 1986.
• 10. Hampton J. H., Savage S. B.: Computer modelling of filter pressing and clogging in a random tube network, Chemical Engineering Science, 48, 9 (1993) 1601-1611.
• 11. Han J., Fu J., Schoch R.: Molecular sieving using nanofilters: past, present and future, Lab on a Chip, 8, 1 (2008) 23-33.
• 12. Harrison A., K., Zwanzig R.: Transport on a dynamically disordered lattice, Phys. Rev. A, 32, 2 (1985) 1072-1075.
• 13. Kutner R., Kehr K. W.: Diffusion in concentrated lattice gases IV. Diffusion coefficient of tracer particle with differnt jump rate, Philos. Mag. A, 48, 2 (1983) 199-213.
• 14. Lee J., Koplik J.: Simple model for deep bed filtration, Phys. Rev. E, 54, 4 (1996) 4011-4020.
• 15. Lee J., Koplik J.: Microscopic motion of particles flowing through a porous medium, Phys. of Fluids, 11, 1 (1999) 76-87.
• 16. MacDonald M. P., Spalding G. C., Dholakia K.: Microfluidic sorting in an optical lattice, Nature, 426 (November 2003) 421-424.
• 17. Redner S., Datta S.: Clogging time of a filter, Phys. Rev. Letters, 84, 26 (2000) 6018-6021.