دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 12 2026 02 20 Design and Numerical Simulation of a Magnetophoretic System with a Rotating-Field for Manipulation and Separation of Magnetic Microparticles طراحی و شبیه‌سازی سامانه مگنتوفورتیک با میدان مغناطیسی چرخان برای هدایت و جداسازی ریزذرات مغناطیسی 6067 10.22060/mej.2026.25348.7943 FA اتابک محمدی معاضد گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس روزبه عابدینی نسب گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-0729-7770 Journal Article 2025 12 26 In this study, a novel system based on magnetophoretic chips has been designed and simulated for the manipulation and controlled size-based separation of magnetic microparticles within a microfluidic environment. The system consists of magnetic nanofilms in the form of interconnected disks with a separation gap and a rotating magnetic field generated by permanent magnets. The magnetic field generator setup, using a stepper motor and an Arduino controller, enables adjustment of the rotation frequency. Three-dimensional modeling was carried out using SolidWorks, and the distribution of the magnetic energy on the chip was simulated using COMSOL Multiphysics. Additionally, particle trajectories and magnetic forces were analyzed through custom-developed MATLAB codes. The simulation results, for validation purposes, were compared with experimental data from previous studies, and the good agreement of the particle trajectories (with an average radial error of 2.61%) demonstrated the high accuracy of the simulations. Then, using this validated model, the performance of the designed system in particle separation was evaluated, and it was found that by selecting gaps of 2 to 7 micrometers, under magnetic field strengths of 50 and 100 Oersted and by adjusting the frequency, micrometric particles with different sizes could be separated. By eliminating challenges associated with coil circuits and undesired heating in previous methods, this study provides a reliable, simple, and efficient solution with biological and medical applications. در این پژوهش، یک سامانه نوین مبتنی بر تراشه‌های مگنتوفورتیک برای هدایت و جداسازی کنترل شده ذرات مغناطیسی میکرومتری در محیط میکروفلویدیک بر اساس اندازه آن‌ها طراحی و شبیه‌سازی شده است. این سیستم شامل فیلم‌های نانومتری مغناطیسی به صورت دیسک‌های به هم پیوسته با یک شکاف جداساز و میدان مغناطیسی چرخانی است که توسط آهن‌رباهای دائمی ایجاد می‌شود. سامانه تولید میدان مغناطیسی با استفاده از یک استپر‌موتور و کنترلر آردوینو، امکان تنظیم فرکانس چرخش میدان را فراهم می‌کند. طراحی سه‌بعدی با نرم‌افزار سالیدورکس انجام شده و توزیع انرژی مغناطیسی بر روی تراشه توسط نرم‌افزار کامسول شبیه‌سازی گردیده است. همچنین، با بهره‌گیری از کدهای توسعه‌داده‌شده در محیط متلب، نیروهای وارد بر ذرات و مسیر حرکت آن‌ها تحلیل شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی، جهت اعتبارسنجی، با داده‌های تجربی مطالعات پیشین مقایسه گردید و تطابق مناسب مسیر حرکت ذرات (با میانگین خطای 2.61% در فاصله شعاعی) دقت خوب شبیه‌سازی‌ها را نمایان نمود. سپس با استفاده از این مدل تأییدشده، عملکرد سامانه طراحی‌شده در جداسازی ذرات ارزیابی شد و مشخص گردید با انتخاب شکاف‌های 2 تا 7 میکرومتری، در میدان با شدت‌های 50 و 100 ارستد و با تنظیم فرکانس، می‌توان ذرات میکرومتری با اندازه‌های مختلف را از یکدیگر جدا نمود. با حذف چالش‌هایی نظیر پیچیدگی مدارهای سیم‌پیچی و گرمایش ناخواسته در روش‌های پیشین، این مطالعه راهکاری کارآمد، ساده و قابل اطمینان را با کاربردهای زیستی و پزشکی فراهم می‌سازد. https://mej.aut.ac.ir/article_6067_024d2d699e6c1a82c9ba986386f4d824.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 57 12 2026 02 20 Numerical investigation of natural convection heat transfer enhancement in a tall rectangular enclosure by three rotating cylinders بررسی عددی افزایش انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفظه مستطیلی بلند در حضور سه استوانه چرخان 6096 10.22060/mej.2026.25135.7923 FA حسام مویدی دانشکده مهندسی شیمی و صنایع، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران 0000-0002-8320-5292 Journal Article 2025 11 19 This study numerically investigates the effects of different arrangements of three rotating cylinders inside a tall rectangular enclosure on the flow pattern and enhancement of natural convection heat transfer. The two-dimensional, steady, single-phase flow and energy equations were solved using the finite volume method. The impact of parameters such as cylinder configurations (1 to 5), angular velocities (from -5 to +5), and relative rotation directions on the flow pattern, power required to rotate the cylinders, and heat transfer rate enhancement inside the enclosure was evaluated. Results were compared with a cylinder-free enclosure under various conditions. The presence of three cylinders, whether stationary or rotating, altered the natural convection flow pattern by splitting the primary vortex into multiple vortices of varying sizes. Counterclockwise rotation of the cylinders resulted in a greater increase in the Nusselt number compared to clockwise rotation. The greatest Nusselt number enhancement, about 47.6%, occurred in the configuration 1 at an angular velocity of -5 when all cylinders rotated synchronously. Additionally, independent rotation of cylinders with angular velocities ω=+5, ω=+5, and ω=-5 in configuration 1, increased the average Nusselt number by approximately 66%. در مقاله کنونی، تأثیر چیدمان‌های مختلف سه استوانه چرخان درون یک محفظه بسته مستطیلی بلند بر الگوی جریان و افزایش انتقال حرارت جابجایی طبیعی به صورت عددی بررسی شده است. از روش حجم محدود با فرض دوبعدی، دائم و تک فاز برای حل معادلات جریان و انرژی استفاده گردید. تأثیر پارامترهایی همچون چیدمان استوانه‌ها (پیکربندی 1 الی 5)، سرعت زاویه‌ای (5- الی 5+)، و جهت چرخش استوانه‌‌ها نسبت به یکدیگر بر الگوی جریان، توان لازم برای چرخش استوانه‌ها و افزایش نرخ انتقال حرارت درون محفظه ارزیابی شده است. نتایج نشان می‎دهد که حضور سه استوانه درون محفظه در تمامی حالات (ساکن یا چرخان) موجب تغییر الگوی جریان جابجایی طبیعی درون محفظه شده، به نحوی که گردابه ناشی از جابجایی طبیعی به چندین گردابه با اندازه‌های متفاوت تبدیل می‌شود. نتایج حاکی از آن است که چرخش استوانه‌ها در جهت پادساعتگرد در مقایسه با جهت ساعتگرد موجب افزایش بیشتر عدد ناسلت می‌گردد. نتایج نشان می‎دهد که با چرخش هم‌زمان استوانه‌ها در یک راستا، بیشترین افزایش عدد ناسلت نسبت به محفظه بدون استوانه، برای پیکربندی 1 به ازای سرعت زاویه‌ای 5- رخ داده و در حدود %47/6 می‌باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که با تغییر چرخش مستقل هر یک از استوانه‌ها به ترتیب با سرعت زاویه‌ای ω_1=+5، ω_2=+5 و ω_3=-5 برای پیکربندی 1، عدد ناسلت متوسط حدود 66% افزایش می‌یابد. https://mej.aut.ac.ir/article_6096_e7dfca01f394755c11f853602cb2608a.pdf