simulação de um sistema de levitação acústica para ... andrade... · pérez et al., j. appl....
TRANSCRIPT
![Page 1: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/1.jpg)
Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para Manipulação de Partículas
em Ar
Marco A. B. Andrade1, Nicolás Pérez2, Julio C. Adamowski3
1Instituto de Física, Universidade de São Paulo2Centro Universitario de Paysandu, Universidad de la República, Uruguay
3Escola Politécnica, Universidade de São Paulo
![Page 2: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/2.jpg)
Sumário
• Levitação acústica
• Teoria – Força de Radiação acústica
• Sistema de manipulação de partículas
• Simulação – COMSOL
• Comparação com resultados experimentais
![Page 3: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/3.jpg)
Levitação acústica
![Page 4: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/4.jpg)
Princípio de funcionamento
![Page 5: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/5.jpg)
Levitação acústica
transdutor
nós
λ/2
refletor
Onda estacionária
u0
![Page 6: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/6.jpg)
Força de radiação acústica:
Teoria de Gor`kov
![Page 7: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/7.jpg)
Aproximar formiga por uma esfera(R <<λ)
![Page 8: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/8.jpg)
Teoria de Gor`kov
⋅−=
232 2
23 uuf
ff c
pRU
ρρ
π
Potencial da força de radiação acústica:
U−∇=F
R – raio da partícula
p – pressão acústica
u – velocidade
ρf – densidade do fluido
cf – velocidade de propagação
Força de radiação acústica :
![Page 9: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/9.jpg)
Teoria de Gor`kov
⋅−==
2
~~
3
~
2~
2
20
3
uupuR
UUρπ
Potencial adimensional:
0
~cupp
ρ=
0
~uuu =
onde:
Potencial da força de radiação acústica:
![Page 10: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/10.jpg)
Potencial de uma mola
kxdxdUF −=−=
2
21 kxU =
kM
![Page 11: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/11.jpg)
Potencial da força de radiação acústica
![Page 12: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/12.jpg)
Levitação Acústica
Andrade et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Control 57(2), pp. 469-479, 2010
![Page 13: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/13.jpg)
Posição da esfera em função do tempo
Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014
![Page 14: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/14.jpg)
Manipulação de partículas
![Page 15: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/15.jpg)
Sistema de Levitação paramanipulação de partículas
![Page 16: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/16.jpg)
Simulações: COMSOL - Módulo Acústico
f = 37.9 kHz
![Page 17: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/17.jpg)
Simulações: COMSOL - Módulo Acústico
u0
u1p1
( )θjppp −+= exp21
( )θj−+= exp21 uuu
⋅−=
232 2
23 uuf
ff c
pRU
ρρ
π
Potencial :
![Page 18: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/18.jpg)
Simulações: COMSOL - Módulo Acústico
u0
u2p2
( )θjppp −+= exp21
( )θj−+= exp21 uuu
⋅−=
232 2
23 uuf
ff c
pRU
ρρ
π
Potencial :
![Page 19: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/19.jpg)
Experimento
![Page 20: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/20.jpg)
Comparação entre Simulação e Experimento
θ = -180o θ = +30o θ = +180o
![Page 21: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/21.jpg)
Comparação entre Simulação e Experimento
![Page 22: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/22.jpg)
Comparação entre Simulação e Experimento
![Page 23: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/23.jpg)
Sumário
• Princípio de funcionamento de um levitador acústico
• Sistema de levitação para manipulação de partículas
• Simulações - COMSOL
• Comparação entre resultados numéricos e experimentais
![Page 24: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/24.jpg)
Agradecimentos
![Page 25: Simulação de um Sistema de Levitação Acústica para ... andrade... · Pérez et al., J. Appl. Phys. 116(8), art. no. 184903, 2014 . Manipulação de partículas. Sistema de Levitação](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022030503/5ab0065a7f8b9a5d0a8e3dec/html5/thumbnails/25.jpg)
Obrigado pela atenção !