Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Micro-Particle Image Velocimetry for imaging flows in passive microfluidic mixers

Witkowski D., Kubicki W., Dziuban J. A., Jašíková D., Karczemska A.

Metrology and Measurement Systems

|

2018

|

Vol. 25, nr 3

441--450

EN

The micro-Particle Image Velocimetry (micro-PIV) was used to measure flow velocities in micro-channels in two passive micromixers: a microfluidic Venturi mixer and a microfluidic spiral mixer, both preceded by standard “Y” micromixers. The micro-devices were made of borosilicate glass, with micro-engineering techniques dedicated to micro-PIV measurements. The obtained velocity profiles show differences in the flow structure in both cases. The micro-PIV enables understanding the micro-flow phenomena and can help to increase reproducibility of micromixers in mass production.

2

Investigation on Aerodynamics of Super–Effective Car for Drag Reduction

Cieśliński A., Prym W., Stajuda M., Witkowski D.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 20, nr 3

295--308

EN

This paper focuses on shape optimization of a car body to be used in Shell Eco Marathon race. The work consists of the review of aerodynamic performance for currently used shapes, definition of the design constraints for the vehicle and recommendations for the final shape to be used in the oncoming Shell Eco Marathon editions. The designs are inspired by winning models, but adjusted to Iron Warriors technology and scaled accordingly to the driver’s space requirements. A range of velocities from 20 km/h to 45 km/h with 5 km/h interval is tested, giving idea about the full model performance. Results are then compared and the best solutions, concerning the coefficient and parameter taking into account the frontal area influence are recommended.

3

Investigation on the course of complex processes carried out in vortex impinging jet reactors

Wojtas K., Rybałtowska A., Witkowski D., Makowski Ł.

Challenges of Modern Technology

|

2015

|

Vol. 6, no. 4

31--35

EN

The paper presents an application of CFD simulations to predict a course of complex processes carried out in jet reactors. In this work the simulations results were verified with PIV and PLIF techniques and validated by comparing model predictions with experimental data for fast parallel chemical test reactions. Experimental results of BaSO4 precipitation in jet reactors are also discussed.

4

The „Poor man” MicroPIV – Adaptation of particle image velocimetry for microscale measurements

Domagalski P., Karczemska A., Witkowski D., Tomczyk M., Pawlak R.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2014

|

nr 145

35--36

EN

Particle Image Velocimetry (PIV) is a well-established measurement technique in area of fluid mechanics [1]. Its main idea is monitoring the displacement of tracer particles over time to obtain the flow’s velocity field. Although the technique is very flexible and widely used, it cannot be applied for flows in geometries of characteristic dimensions of order of millimeters or micrometers, which is often desired e.g. for visualization of the flow field between the centrifugal pump impeller and volute, in case of wall-slip flows in rheological investigations or generally in microfluidics area. In such scales the direct application of PIV is impossible due to technological issues: used in PIV lightning system – a light sheet used for slicing the investigated area will not work due to near-wall reflections, optical elements limited laser damage threshold and align problems. Therefore the light delivery system has to be completely redesigned, but as the other system components, data acquisition system and light source remain untouched, the adaptation of PIV system is possible in form of micro PIV [2,3]. In current work we would like to test the possibility of building such an adapter, aiming for costs minimization, therefore we decide to reduce the microPIV system, using the breadboard-mounted set of opto-mechanical elements instead of using fluorescent microscope.

5

Filtracja nieustalona w wielowarstwowych strukturach włókninowych

Jackiewicz A., Gradoń L., Michalski J., Witkowski D.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2013

|

Nr 5

427--428

PL

Celem pracy było zaprojektowanie wielowarstwowych wkładów filtracyjnych, poprawiających ekonomikę procesów separacji aerozoli. Przeprowadzono badania pracy struktur złożonych z trzech warstw pojedynczych o różnej budowie wewnętrznej, z których jedna to nanowarstwa, ułożonych w różnych konfiguracjach podczas oczyszczania gazu zawierającego cząstki stałe. Analiza zmian ich morfologii i zdeponowanych na nich cząstek na różnych etapach procesu filtracji posłużyła do wybrania optymalnej struktury.

EN

The aim of this study was to design a multilayer filter structure, improving the economics of aerosols' separation processes. Three individual various fibrous layers (one of them was a nanolayer) arranged in different configurations were investigated during purification of gas from solid particles. Analysis of changes in their morphology during various stages of the filtration process was used in the selection of optimal filter structure.

6

Metrologia urządzeń mikroprzepływowych

Karczemska A., Witkowski D.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2012

|

nr 142

57--74

PL

W artykule przedstawiono problemy związane z metrologią urządzeń mikroprzepływowych. Podano przykłady metod pomiarowych w mikroskali: mikroskopia optyczna, skaningowa (SEM), konfokalna, sił atomowych (AFM), interferometria. Scharakteryzowano dostępne programy numeryczne umożliwiające symulacje, jak również technikę mikroPIV umożliwiającą pomiary mikroprzepływów.

EN

Problems associated with the metrology of microfluidic devices are discussed. Examples of measurements in micro-scale such as optical, scanning (SEM), confocal, atomic force microscopy (AFM) and interferometry are presented. The codes enabling computer simulations as well as microPIV technique allowing measurements of microflows are described.

7

System pomiarowy niekontrolowanego napięcia mięśni nóg

Witkowski D., Ciepłucha J., Jóźwik K.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2010

|

R. 56, nr 12

1578-1581

PL

Napięcie mięśniowe jest zjawiskiem odruchowym powstającym w wyniku działania stale przypływających bodźców do mięśni. Wzmożone napięcie mięśniowe powstaje zarówno przy uszkodzeniach drogi piramidowej (spastyczność), jak i układu pozapiramidowego (sztywność). Wzmożone napięcie mięśniowe typu spastycznego stanowi poważny problem tak dla chorego, jak i dla lekarza. Ze względu na to, że spastyczność ujawnia się głównie w kończynach dolnych, chory ma trudności przede wszystkim z chodzeniem. Do tej pory nie opracowano dostatecznie wiarygodnej metody oceniającej wzmożone napięcie mięśniowe, a ocena subiektywna według skali Ashworth'a jest nieprecyzyjna. Dlatego tak istotnego znaczenia nabiera opracowanie obiektywnej metody pomiaru napięcia mięśniowego, która w sposób wiarygodny pozwoli monitorować m.in. skuteczność stosowanej terapii. Na podstawie założeń przedstawionych przez pracowników Katedry Chorób Układu Nerwowego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, w Instytucie Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej powstało urządzenie do pomiaru napięcia mięśni kończyn dolnych pacjentów ze schorzeniami układu nerwowego. W pracy przedstawiono dokładny opis i zasada działania urządzenia oraz przykładowe wyniki badań pacjentów z wzmożonym napięciem mięśniowym.

EN

The increased muscle tone is a result of damage of the piramidal tract (spasticity) as well as extrapiramidal system (rigidity). Spasticity is a serious problem both for a patient and a doctor. Due to the fact that spasticity is mainly observed in lower limbs, a patient has difficulty walking. Up to now there has been no sufficiently reliable method to assess the increased muscle tone. The subjective assessment using Ashworth scale is not precise. Therefore elaboration of an objective method for measurements of muscle tone is very important. Such a method should enable reliable monitoring of the treatment effectiveness. In cooperation with neurologists from the Department of Neurology and Epileptology of the Medical University of Lodz and engineers from the Institute of Turbomachinery of the Lodz University of Technology, there was invented a device to measure the spasticity of lower limbs of patients with nervous system diseases. In this paper a precise description and the principle of operation of this device are presented. An example of the investigation results for a patient with the increased muscle tone is also discussed.

8

Joule heating effects in capillary electrophoresis : designing electrophoretic microchips

Witkowski D., Łysko J., Karczemska A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

592-597

EN

Purpose: Computer simulations are widely used for designing, which contributes to a cheaper equipment developing process. In the last years computer simulations have begun to be also applied in different instances of microfluidics, especially in microchip electrophoresis (where an electrophoresis process takes place in the microcapillaries manufactured on the surface of the small plate) which is interesting for us. However, there are no many commercial programs enabling simulations of microfluidics. The programs existing in the market are recently developed as microscale brings new possibilities but also unpredictable effects and challenging problems. The aim of this paper is to develop a mature technique helpful in designing electrophoretic microchips [1-4]. Design/methodology/approach: Temperature distributions occurring during capillary electrophoresis because of Joule heating effects will be calculated with use of the CoventorWare™ software. Findings: Computer simulations with the model of capillary, with the same geometry as the real one, are presented. Numerical simulation results are compared with the real data from the capillary electrophoresis process. Practical implications: This is the first step to create a reliable tool for designing microfluidic devices. Originality/value: This comparison shows an ability of the CoventorWare™ software to design electrophoretic microchips.

9

3D simulations of diamond microfluidic devices

Witkowski D., Obidowski D., Łysko J., Karczemska A.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 86

14-16

EN

The aim of this study was to optimize the diamond microfluidic device with four microchannels. The temperature distributions in electrophoretic microchips of different geometries and different materials have been analyzed by the Coventor software. Diamond microfluidic devices are very advantageous over glass or polymer microfluidic devices; they dissipate Joule heat much more efficiently because of the highest thermal conductivity coefficient of diamond.

10

Numerical simulations of Joule heating and its effects in diamond microfluidic devices

Lysko J. M., Witkowski D., Obidowski D., Karczemska A.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 1

97-103

EN

Microfluidic devices known also as labs-on-chip, capillary electrophoresis microchips or micro total analysis systems (mi-TAS) were introduced in 1990's for the first time. These devices have attracted much attention over the last years. They transfer tiny quantities of samples and reagents, through a system of microchannels and microchambers manufactured on the surface of a small plate. They are made up of different materials, most often of polymers (PDMS, PMMA), glass or silicon. Microfluidic devices are applied in many areas including separations of biomolecules (DNA or proteins), DNA amplification and sequencing, chemical synthesis, single cell analysis, environmental monitoring etc. They often integrate many steps of analysis such as sample preparation, separation and detection on a small, single chip. In this paper we study electrophoresis microchips. Joule heating and its effects, i.e., the temperature growth leading to temperature gradients in microfluidic devices, lead to many problems during chip electrophoresis. Sample band dispersion (low column separation efficiency), reduction of analysis resolution, destruction of thermally labile biomolecules or formation of vapor bubbles are the negative effects of Joule heating. In our research we compare diamond, glass and PDMS microfluidic devices. Microchips of different geometries and of different materials have been analyzed by the Conventor? software. Diamond reveals exceptionally good electro-thermo-opto-chemical parameters, is very useful in the range of biomolecular separations (such as electrophoresis) and for optical detection methods. Among them, the most important are: the highest-ever thermal conductivity coefficient, good optical transparency, very high electrical breakdown voltage, good chemical resistance and mechanical durability. Diamond microfluidic devices are very advantageous over glass or polymer microfluidic devices commonly used. They dissipate Joule heat much more efficiently because of the highest-ever thermal conductivity coefficient of diamond. Literature: [1] D.Erickson, 2005, Towards numerical prototyping of labs-on-chip: modelling for integrated microfluidic devices, Review, Microfluid Nanofluid (2005) 1: 301-318. [2] G.Tang, D.Yan, Ch.Yang, H.Gong, Ch.Chai, Y.Lam, Joule heating and its effects on electrokinetic transport of solutes in rectangular microchannels, Sensors and Actuators A 139 (2007) 221-232. [3] A.Karczemska, D.Sideris, J.Hassard, K.Jóźwik, E.Mitura, Electrophoretic chips for DNA and protein separations ? Joule heating dissipation, VI Sympozjum Modelowanie I pomiary w medycynie MPM,2004, 9-13 maja 2004, Krynica. [4] A.Karczemska, A.Sokołowska, Materials for DNA sequencing chip; Journal of Wide Bandgap Materials, Vol. 9, No. 4 April (2002) 243. [5] J.Łysko, D.Witkowski, D.Obidowski, A.Karczemska, Numerical Simulation of Diamond Microfluidic Device for Biomolecules? Electrophoretic Separations, Abstract in conference procedings, 19th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes and Nitrides, 7-11 September 2008, Sitges, Spain. Acknowledgements: Research supported by the project ?Diamond Microfluidic Devices for Genomics

PL

W publikacji są omawiane przyrządy mikrofluidyczne, znane również jako laboratorium na strukturze (ang. lab-on-chip, LoC), elekroforetyczne mikrostruktury kapilarne lub miniaturowe) układy do całościowej analizy biochemicznej (ang. micro analysis systems, mi-TAS). Były one wprowadzone do użytku po raz pierwszy w latach 1990, a ponad to skupiały na sobie dużo uwagi w ciągu minionych ostatnich lat. Do pomiarów z ich użyciem potrzebne są bardzo małe objętości próbek i odczynników (bardzo kosztowne). Są one transportowane przez system mikrokanałów i mikrokomór wytworzonych na powierzchni małych płytek podłożowych z różnego rodzaju materiałów. Najczęściej z polimerów (PDMS, PDMA), szkła ) krzemu. Przyrządy mikofluidyczne są stosowane w wielu kinach, obejmujących rozdziały biomolekuł (DNA., lub krzemu, powielanie i sekwencjonowanie DNA, syntez chemiczcznych,monitorowania zjawisk biochemicznych zachodzących w pojedynczych komórkach, monitorowania środowiska naturalnego itp. Często łączą w sobie wiele operacji analitycznych, takich jak przygotowanie próbki, separacja i detekcja biomolekuł w małych pojedynczych strukturach. W tej publikacji mikrostruktury do separacji biomolekuł metodą elektroforezy. Zjawisko ciepła Joule'a i jego wpływ, tj. wzrost temperatury prowadzący do dużych gradientów, w przyrządach mikrofluidycznych powoduje wiele problemów metrologicznych - rozmycie pasm (niska wydajność rozdziału kolumny), zmniejszenie rozdzielczości pomiarowej, uszkodzenie niestałych termicznie biomolekuł lub uwolnienie z cieczy gazów w formie pęcherzyków. W zaprezentowanych wynikach badań porównano parametry przyrządów mikrofluidycznych wykonanych z diamentu, szkła i PDMS-u. Mikrostruktury o różnych proporcjach wymiarów geometrycznych i wykonane z różnych materiałów były analizowane z użyciem oprogramowania komputerowego Coventor (metoda elementów skończonych, FEM).Diament posiada wybitnie dobre parametry elektro-termo-optoniczne, które są bardzo użyteczne w zaprezentowanej metodzie analizy biomolekularnej (w szczególności przy elektroforezie). Najważniejszymi parametrami są: bardzo duży współczynnik przewodnictwa cieplnego, dobra przezroczystość optyczna, bardzo duże napięcie przebicia elektrycznego, dobra odporność i i duża wytrzymałość mechaniczna. Diamentowe przyrządy mikrofluidyczne mają wiele zalet względem swoich powszechnie stosowanych odpowiedników wykonywanych ze szkła lub polimerów. Znacznie wydajniej przewodzą one ciepło Joule'a z powodu największego znanego współczynnika przewodnictwa cieplnego diamentu.

11

3D simulations of microfluidic devices

Witkowski D, Obidowski D, Łysko J, Karczemska A

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2008

|

nr 133

359--368

EN

An approach to simulations of microfluidic devices is presented. Microfludic devices of different geometries, made of diamond and glass, have been analyzed with the Coventor™ software. Temperature gradients during the chip electrophoresis process have been analyzed. Diamond microfluidic devices are very advantageous over glass (or polymer) microfluidic devices, they dissipate Joule heat much more efficiently because of the highest thermal conductivity coefficient of diamond.

12

Wpływ położenia kątowego pierścienia mechanicznej zastawki serca na parametry przepływu w łuku aorty

Witkowski D.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2006

|

Nr 129, vol. 1

35-44

PL

W pracy przedstawiono wpływ położenia kątowego pierścienia zastawki względem aorty na parametry przepływu. Dla dysku wypukłego o promieniu 130 mm zostały przeprowadzone obliczenia, dla kąta pomiędzy osią symetrii kanału a osią symetrii pierścienia zastawki wynoszącego 0°, 90°, 180° oraz 270°. Przyjęto nieodkształcalne ścianki kanału oraz uproszczony model części serca przed zastawką. Poszczególne wymiary geometryczne oparte są na uśrednionych wartościach anatomicznych.

EN

An influence of the angular position of the heart valve placed in the aorta on flow parameters have been presented. The calculation results for discs with the concavity radii of 130 mm for an angle between the channel symmetry axis and the disc heart valve symmetry axis equal to 0°, 90°, 180° and 270° have been shown. Undeformable channel walls and a simplified model of the heart part upstream of the artificial heart valve have been assumed. Individual geometrical dimensions are based on averaged anatomical values.

13

Obliczenia numeryczne przepływu przez sztuczną zastawkę serca z warstwą NCD

Jóźwik K., Witkowski D.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 35-36

71-77

PL

Największe znaczenie dla wszystkich rodzajów implantów ma biokompatybilność. Wcześniejsze badania w dziedzinie protez dowiodły, że biokompatybilność może być poprawiona poprzez pokrycie implantów warstwą NCD (nanokrystalicznym diamentem). Sztuczna mechaniczna zastawka serca zaprojektowana przez prof. J. Molla i pokryta warstwą NCD jest pierwszą tego typu warstwą zarówno w Polsce jak i na świecie. Artykuł ten przedstawia symulacje przepływu przez sztuczną zastawkę serca za pomocą programu CFX TASCFlow. Zakres badań obejmował zmiany profilu dysku, przy stałej jego grubości oraz średnicy. Praca ta przedstawia wyniki obliczeń niestacjonarnych w położeniu maksymalnego otwarcia dysku (maksymalny kąt otwarcia wynosi 75 stopni). Obliczenia były prowadzone dla przepływu ciągłego dla dwóch prędkości: 0,5 oraz 1,6 m/s, ciśnienie całkowite na wlocie wynosiło 116 kPa.

EN

The biocompatibility is of the most significant for all kinds of implants. Earlier investigations in the field of prostheses have proven that their biocompatibility can be improved by coating them with an NCD (nanocrystalline diamond) layer. The mechanical artificial heart valve designed by Prof. J. Moll and coated with an NCD layer is the first innovative design of this type both in Poland and in the world. This paper concerns the simulation with the CFX TASCflow code of a flow through the artificial heart valve. The research range has involve changes in the mechanical heart valve disc profile, at its constant thickness and diameter. In this work results of non-stationary data in the complete opening position (disc deflection angle was 75 degree) are presented. The investigations were carried out for a continuous flow with two flow velocities: 0.5 m/s and 1.6 m/s. Total pressure in front of the examined prosthesis was equal to 116 kPa.

14

Długoterminowe badania zmęczeniowe sztucznej zastawki serca pokrytej warstwą nanokrystalicznego diamentu

Jóźwik K., Witkowski D., Obidowski D.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 35-36

26-29

PL

Analizując pracę zastawki, szczególnie z punktu widzenia niezawodności działania, należy uwzględnić liczbę cykli pracy serca. Nawet w położeniu aortalnym różnica ciśnienia przy zamkniętej zastawce nie stanowi dużego jej obciążenia. Natomiast to obciążenie i ogromna liczba cykli pracy stwarza niebezpieczeństwo uszkodzenia protezy zastawki. W pracy przedstawiono model układu krążenia oraz stanowisko do badań zmęczeniowych zastawek.

EN

Analysing heart valve operation, especially from the viewpoint of operational reliability, one has to take into account the number of cycles of heart operation. The pressure difference for closed heart value is not a significant load, even for aortal position. However, this load and a huge number of operation cycles creates a danger of artificial heart valve damages. A model of human body cardiovascular system and a test rig for fatigue investigations have been presented.

15

Artificial heart valve designs

Jóźwik K., Witkowski D.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2000

|

Vol. 4, nr 1

63--70

EN

A review of various types of artificial heart valves, starting with mechanical spherical valves, through lifting disc and two-leaflet valves up to biological valves, is presented. Designs of selected models of artificial heart valves and their basic advantages and disadvantages are discussed.