Исследование соответствия системы уравнений тепловойконвекции в приближении Буссинеска моделитечения в микропробирке при проведении ПЦР
Автор: Лаврентий Юрьевич Привалов, Константин Иванович Михайленко
Журнал: Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика @vestnik-psu-mmi
Рубрика: Механика
Статья в выпуске: 2 (73), 2026 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается конвективное течение в стандартной полипропиленовой микропробирке, используемой при проведении полимеразной цепной реакции. Недавние исследования показывают, что проведение реакции возможно в самой пробирке без использования специализированных устройств поддержания температуры, однако при этом условии в пробирке будет формироваться конвективное течение с широким диапазоном изменения температур. Данная особенность ставит под сомнение адекватность использования приближения Буссинеска из-за возможного значительного изменения теплофизических свойств жидкости в пробирке. В ходе проведения серии вычислительных экспериментов с использованием программного пакета OpenFOAM получены идентичные решения при использовании решателей как основанных на модели Буссинеска, так и использующих уравнение состояния, учитывающее изменение плотности, теплопроводности и вязкости жидкости. При более детальном анализе получено, что решения совпадают даже для незначительных компонент при сингулярном разложении. Сделан вывод о том, что для рассматриваемого процесса использование модели, основанной на приближении Буссинеска, является достаточным.
Система уравнений тепловой конвекции, приближение Буссинеска, OpenFOAM, микропробирка
Короткий адрес: https://sciup.org/147254419
IDR: 147254419 | УДК: 532.4;519.63 | DOI: 10.17072/1993-0550-2026-2-75-87
Study of the Correspondence of the Thermal Convection Equations System in the Boussinesq Approximation to the Flow Model in a Microtube During PCR
This paper addresses convective flow in a standard polypropylene microtube used for polymerase chain reaction. Recent studies show that the reaction can be performed in the tube itself without the use of specialized temperature maintenance devices, however this will result in a convective flow with a wide range of temperature ranges in the tube. This characteristic poses concerns about the suitability of using the Boussinesq approximation because of the possible significant variation of the thermophysical properties of the liquid. In the course of a series of computational experiments using the OpenFOAM software package, identical solutions were obtained using solvers for both the Boussinesq model and the equation of state that takes into account the variation of liquid density, thermal conductivity and viscosity. A closer analysis shows that the solutions match even for insignificant components of the singular value decomposition. It is concluded that the use of a model based on the Boussinesq approximation is sufficient for the given case.
