Автореферат (1025852), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Баумана, г. Москва, чтоподтверждено актами о внедрении.Достоверность полученных данных обеспечена с помощью сравнения результатов вычислительных экспериментов на основе разработанного методарасчета и математической модели с данными, опубликованными в открытыхисточниках литературы и данными, полученными в практике молекулярнобиологических лабораторных исследований и испытаний устройств пробоподготовки.Положения, выносимые на защитуМетод расчета рабочих процессов в установках вакуумной сепарацииДНК. Результаты экспериментальных и численных исследований рабочих процессов в установках вакуумной сепарации ДНК.Апробация работыОсновные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:3Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущеемашиностроения России».

МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2011, 2012, 2013,2014, 2015 гг.);Четвертая всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов “Вакуумная, компрессорная техника и пневмоагрегаты”.МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2012 г.);Вторая научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций, посвященная 70-летию ОмГТУ. ОмГТУ (Омск, 2012 г.);Пятнадцатая научно-техническая конференция «Медико-техническиетехнологии на страже здоровья «МЕДТЕХ-2013» (Португалия, 2013 г.);Международный научный форум молодых ученых «Наука будущего.Наука молодых» (Севастополь, 2015 г.).Результаты работы были представлены на выставках:1.

Молодежная научно-инженерная выставка «Политехника». Москва,МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.;2. XIV Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи. Москва, ВВЦ, 2014;3. IX Московский Фестиваль науки. Москва, Экспоцентр на КраснойПресне, 2014;4. III Московский международный форум инновационного развития «Открытые инновации». Москва, ВВЦ, 2014.Личный вклад автора заключается в разработке метода расчета рабочихпроцессов в УВС, разработке экспериментального стенда и методики проведения эксперимента, проведении расчетно-теоретических и экспериментальныхисследований и разработке пневмовакуумной установки сепарации ДНК.ПубликацииПо результатам проведенных исследований опубликовано 15 научных работ, из них 4 работы в журналах, включенных в Перечень ВАК РФ, общим объемом 7,1 п.

л.Структура и объем диссертацииРабота состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.Работа изложена на 150 страницах текста, включая 63 иллюстрации и 8 таблиц.Библиография насчитывает 129 наименований.Содержание работыВо введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальностьисследования, сформулирована научная новизна и практическая ценность работы, определены объект и предмет исследования.В первой главе приведены общие сведения об установках пробоподготовки, в частности установках вакуумной сепарации ДНК, и их основных характеристиках. Приведен обзор методов пробоподготовки и существующих УВСДНК. Подробно рассмотрен вопрос математического описания рабочих процессов, протекающих в УВС, и представлены определяющие их расчетные зависимости. Определены основные факторы, влияющие на рабочие процессы в УВС.4Обзор методов пробоподготовки, или выделения ДНК показал, что сорбционный метод вакуумной сепарации является универсальным методом и подходит для большинства типов биопроб, обладает максимальной чувствительностью, экономичен и прост в применении.

Сорбционный метод выделения ДНКреализован как в отдельных блоках сепарации УВС, так и в автоматизированных комплексах пробоподготовки производства зарубежных фирм. АналоговУВС российского производства не имеется. Общим недостатком рассмотренных установок и комплексов пробоподготовки является нестабильность качества подготовленных проб в случаях использования многолуночных планшетовочистки и исходных проб различной вязкости. Планшеты очистки представляют собой формованные детали, содержащие рабочие ячейки с пористыми телами, через которые под действием перепада давления перемещается исходнаябиопроба. Нестабильность качества подготовленных проб связана с неравномерностью протекания рабочих процессов в ячейках планшета очистки.Методы расчета рабочих процессов в установках вакуумной сепарации воткрытых источниках печати отсутствуют, поэтому проектирование новыхУВС затруднено.

Рабочий процесс сепарации молекул ДНК заключается в одновременном протекании двух физических процессов: течения рабочей средыпод действием перепада давлений и осаждения ДНК на пористом теле в ячейкепланшета очистки. Рабочая среда в общем случае представляет собой двухфазную смесь жидкости и газа – биопробы и воздуха.Рабочим процессом, определяющим эффективность работы УВС, является течение рабочей среды через пористое тело под действием перепада давления. В лабораторной практике перемещение биопроб через пористое тело проводят в рабочем диапазоне расходов рабочей среды Q=0,05…0,15 мл/с.Основными параметрами, характеризующими эффективность УВС, являются: время пробоподготовки, производительность – количество одновременноподготавливаемых проб, относительная потеря исходного биоматериала, вероятность перекрестного перемешивания проб.

Для обеспечения заданных параметров УВС разработан метод расчета рабочих процессов и проводится численное моделирование течения рабочей среды в ячейках планшета очистки иповерхностных явлений на стенках элементов УВС. Численный расчет реализуется с помощью широко распространенного метода вычислительной гидрогазодинамики – метода контрольного объема, т.к. он имеет достаточную точностьпри минимальных вычислительных затратах.На основе анализа состояния вопроса исследования рабочих процессов вУВС сформулированы цели и задачи исследования.Вторая глава посвящена разработке математической модели рабочих процессов в УВС – модели двухфазного нестационарного течения рабочей средычерез ячейки планшета очистки под действием перепада давления между атмосферным давлением и давлением в рабочей полости блока вакуумной сепарации.Модель основного рабочего элемента УВС – блока вакуумной сепарации,состоящего из планшета очистки 1, верхней части блока вакуумной сепара5ции 2, нижней части блока вакуумной сепарации 3, пористых тел в рабочихячейках планшета очистки 4 и уплотнения 5 представлена на Рисунке 1.Рисунок 1.

Модель блока вакуумной сепарации с планшетом очистки в разрезе.1 – планшет очистки, 2 – верхняя часть блока вакуумной сепарации, 3 – нижняячасть блока вакуумной сепарации, 4 – пористые тела в рабочих ячейках планшета очистки, 5 – уплотненияМоделирование рабочих процессов в общей расчетной области объектаисследования (Рисунок 2,г) является крайне трудоемким и используется настадии проектирования всего блока сепарации. Наибольший интерес дляисследованияпредставляетобластьрабочейячейкииобластькаплеобразования, расположенная под ней.

Поэтому в математической моделирабочих процессов используются локальные расчетные области, входящие вобщую расчетную область объекта исследования: область одной ячейки(Рисунок 2,а); область одной ячейки с областью блока сепарации (Рисунок 2,б);область четырех ячеек (Рисунок 2,в).а)б)в)г)Рисунок 2. Расчетные области математической модели: а – область одной ячейки, б – область одной ячейки с сегментом области блока вакуумной сепарации,в – область с четырьмя ячейками, г – расчетная область рабочей полости УВС.Расчетная область, содержащая одну рабочую ячейку с пористым телом,дополненная сегментом области блока вакуумной сепарации, используется для6описания математической модели.

На Рисунке 3 показано сечение расчетнойобласти вдоль оси симметрии рабочей ячейки. В математическую модель входят два типа расчетных областей: фазовая (область течения рабочей среды внепористого тела) и область пористого тела (область течения рабочей среды в пористом теле).Размеры пористых тел в существующих планшетах очистки различны иопределяются геометрическими параметрами. На Рисунке 3 определены параметры области пористого тела: H – высота пористого тела, D – диаметр большего основания пористого тела, d – диаметр меньшего основания пористого тела.Рисунок 3. Сечение расчетной области математической модели.Ω1 – область источника рабочей среды; Ω2, Ω4, Ω5 – фазовые области течения рабочей среды; Ω3 – область пористого тела; Ω6 – область откачки;F12, F23, F34, F45, F56, F2Т, F3Т, F4Т, F5Т – границы между соответствующимиобластями или областями и окружающей средой.В математической модели принимаются следующие допущения: течение изотермическое. жидкость ньютоновская несжимаемая. газ несжимаем (имеет постоянную плотность). материал пористого тела изотропен. режим течения рабочей среды – ламинарный.7Основные расчетные зависимости, применяемые к фазовой области и области пористого тела различны.Уравнения движения для фазовой области:1.Уравнения потока рабочей среды Навье-Стокса с учетом несжимаемости рабочей среды: (  ui )   (  uu )i  pi    i   i g ,tTгде i – индекс фазы,  i  i (u  u ) – тензор вязких напряжений,  i - динамическая вязкость фазы,  i - плотность фазы, pi – давление фазы, g – вектор ускорения свободного падения.   i fi ,    i fiii2.Уравнение неразрывности потока рабочей среды:  ui  0 .3.Уравнения VOF(Volume of fluid)-модели, применяемой для моделирования многофазных сред:Vfi  i – VOF-функция, относительный объем занятый фазой.VVi    ( x, t )dV – объем расчетной ячейки, занятый фазой, V – объем ячейVки. ( x, t ) – функция, описывающая поверхность раздела фаз.Уравнения движения для области пористого тела:1.Уравнение Дарси, описывающее движение двухфазной сплошнойсреды в пористом теле в зависимости от перепада давления:k (S )ui  k i i (grad pi  ρi g ),μiгде ui – скорость i-ой фазы, pi – давление i-ой фазы, Si – насыщенность i-ой фазы, k – абсолютная проницаемость, ki(Si) – относительные фазовые проницаемости, ρi – плотность i-ой фазы, g – вектор ускорения свободного падения.

Характеристики

Список файлов диссертации