十大玩彩信誉平台微流体软件 - 仿真模拟微流体
栏目:媒体新闻 发布时间:2020-05-01 07:59
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  墨滴通过喷嘴喷出,正在气氛中运动,直到击中标的。该模子可能用于领悟墨粉属性和喷嘴处压力散布对墨滴速率、墨滴体积和或许浮现的卫星墨滴。

  微流体模块为您供应了极少易用的器械,用于商量微流体器件。主要的操纵蕴涵仿真片上尝试室器件、数字微流体、电动与磁动器件,以及喷墨打印机等。微流体模块包罗了预设的用户接口和仿真器械(称为物理接口),可用于单相流、众孔介质流、两相流和转达外象。

  微流体滚动寻常出现正在比宏观滚动小几个数目级的长度标准下。微标准下的流体操控有良众益处——微流体体例经常更小、运转速率更速,而且须要的流体比相应的宏观体例少。

  能量输入和输出也更易于局限(比如,化学响应中出现的热量),由于体例的皮相积-体积比巨大于宏观体例。寻常环境下,跟着流体滚动标准的减小,与那些随流体体积成比例变更的属性比拟,随体例皮相积成比例变更的属性会变得相对主要。

  正在流体滚动中,速率等值面上的由剪切用意而出现的粘性力相对惯性力占主导用意,所以这种外象正在流体滚动中呈现彰彰。形容这两种力之比的雷诺数 (Re) 经常很低,因而此种流体经常为层流。正在很众环境下,可能利用蠢动 (Stokes) 流模子 (Re«1)。层流和蠢动流使同化变得稀奇障碍,因而质料转达经常受扩散束缚,但假使正在微流体体例中,扩散经常也是一个迂缓的经过。而这会影响微流体体例内的化学物质转达。微流体模块特意用于管理传动、传热和传质经过,稀奇切磋微标准下的流体滚动。

  薄片同化器:图中所示的器件可能巩固两种流体正在薄片流中的同化成绩。结果显示了同化器壁面上的压力等值线,同化器入口与出口处以及两组流道(载运差异流体)交汇点处的速率巨细。其余,模子中还绘制了流线(赤色)。插图显示了仅正在个中一种流体中存正在的扩散物质的浓度,并沿着亲近同化器中央的笔直线上绘制。

  电润湿镜头:上图显示了一个可调焦液体镜头,其曲率半径可能利用电润湿效应举行调理。彩色图显示了镜头下方油所正在区域的流体速率巨细,而箭头图显示了油镜上方的流体的速率。

  阔别和重组搅拌器准绳模子:本案例模仿了一个阔别和重组搅拌机,引入示踪流体,并举行众层同化。通过正在模子中设定很小的扩散系数,去掉了扩散的用意,从而可能商量层界面上的数值扩散。结果与文献中楬橥的层流图案和总压力降散布吻合得很好。

  两相流:看待众相共存体例,小标准下的皮相张力效应相看待重力和惯性主要得众。Laplace 压力(两相界面上的压力跃变)、毛细管力和 Marangoni 力均按 1/长度的比例发作变更。下图显示了油滴的阔别,油正在流入含有其它流体的流道时出现乳液。图中显示了速率流线,并正在对称平面上绘制了流体速率。两相界面以绿色显示。

  COMSOL DESKTOP:一个完好的仿真项目从始至终都可能正在 COMSOLDesktop

  中实行。可视化图形显示了某个微通道内随时期变更的单相流,该微通道用于注入流体并利用流体冲洗器件。

  电渗同化器:该特定微同化器行使电渗来同化流体。施加随时期变更的电场,所出现的电渗对流体出现扰动。流线图形显示了流场中存正在巨额的漩涡。

  COMSOL 的通用众物理场耦合效用稀奇适合于管理微流体器件中的很众微标准效应。用户可能简洁地修立耦合电动和磁动仿真——蕴涵电泳、磁泳、介电泳、电渗和电润湿等。其余,模块中还包罗了对应于稀物质的化学扩散和响应,使您可能仿真片上尝试室器件中发作的经过。要仿真稀少气体滚动,可能利用特定的界限条款,这些界限条款用于滑移流模子的仿真。微流体模块还供应了通经过度集、相场和搬动网格等步骤仿真两相流模子。看待个中的每种步骤,微流体模块的仿真效用可能切磋皮相张力、毛细管力和 Marangoni 效应等。

  要模仿微流体器件,须要先通过导入 CAD 文献或通过 COMSOL Multiphysics 内置的几何修模器械正在软件中界说几何。看待导入几何模子,有几个选项可用:CAD 导入模块,用于导入板滞 CAD 模子;ECAD 导入模块,用于导入电子组织;以及 CAD 的 LiveLink 模块,用于直接链接正在专用 CAD 软件包中创修的模子。不才一个环节中,须要采用相应的流体属性以及适合的物理接口。正在接口中须要修立初始条款和界限条款。然后界说网格。正在很众环境下,COMSOL 主动创修的缺省网格(依据物理场缺省修立)即可合用于模子。同样依据干系物理场软件主动修立缺省求解器,并求解题目。终末查看结果。全部这些环节均可从 COMSOLDesktop®中访谒。微流体模块可能求解二维和三维下的稳态和瞬态滚动,而且可能与其他任何专业模块耦合,进一步扩展模仿才干。比如,跟踪流体中开释的粒子,这可能通过与粒子追踪模块组合来完成。

  流体滚动接口利用压力、流速等物理量以及粘度、密度之类的物理属性来界说流体滚动题目。层流物理接口包罗不成压缩流和弱可压缩流物理模子。该流体滚动接口还可能仿真非牛顿流体。当雷诺数彰彰小于 1 时,可能利用蠢动流物理接口。这经常称为 Stokes 流,正在粘性滚动占主导位子时合用。它经常合用于微流体器件。

  软件含有三种差异的步骤用于两相流仿真:程度集、相场和搬动网格。它们用于模仿两种相界面分开离的流体,并跟踪搬动界面变更,蕴涵界面弯曲形变和皮相张力。程度集和相场步骤利用固定的后台网格,并通过求解附加的方程来跟踪界面地位。搬动网格步骤求解搬动网格上的滚动方程,利用内部界限来展现流体相界面。正在这种环境下,通过随便拉格朗日欧拉法 (ALE) 求解附加方程来确定网格形变。全部这些步骤及其物理接口均援救可压缩和不成压缩层流,且个中一种或两种流体可认为非牛顿流体。

  若分子的均匀自正在程与滚动标准相当,则此时的滚动称为稀少气体滚动。Knudsen 数(简写为 Kn )可用于形容稀少效应看待滚动的主要性。当气体变得稀少(对应于较高的 Knudsen 数)时,Knudsen 层(壁面相近的一个均匀自正在程内)会发轫对滚动出现明显影响。Knudsen 数小于 0.01 时,可能渺视稀少效应,微流体模块的层流物理接口可能利用无滑移界限条款。看待略微稀少的气体 (0.01Kn0.1),可能通过正在壁面处利用相应的界限条款和正在域中利用一连 Navier-Stokes 方程来模仿 Knudsen 层。看待这种环境,微流体模块中供应了一个专用的滑动流物理接口。要对更高的 Knudsen 数模仿,须要分子流模块。

  微标准几何布局内也会发作众孔介质滚动。当孔隙巨细处于微米规模时,滚动经常闭键受摩擦力影响,于是可能利用 Darcy 定律。微流体模块具有行使 Darcy 定律仿真众孔介质流的专用物理接口。正在这种环境下,笔直于滚动的剪切应力会被渺视。看待中央流,模块供应了 Brinkman 方程物理接口。该物理接口用于模仿不行渺视剪切应力的众孔介质流。模块同时包罗了 Stokes-Brinkman 公式(合用于极低流速)和 Forchheimer 阻力(用于切磋较高速率的影响)。流体可能是不成压缩,或可压缩的(马赫数小于 0.3)。

  用于自正在和众孔介质流模子的专用物理接口会利用 Brinkman 方程和层流模子区分模仿两种介质内的滚动,并主动设定两者之间的耦合。这些接口也合用于众孔介质内的微流体。示例操纵蕴涵纸基微流体和生物结构中的转达。

  正在微标准下,可能行使一系列的电流体力学效应来影响流体滚动。微流体模块是用于模仿险些全部此类效应的良好器械。看待给定的施加电压,电场强度会随标准改观而发作相应比例的变更,如许可能更容易地利用适度电压对流体施加相对较大的电场。正在电渗中,流体皮相的带电双电层 (EDL) 中的未赔偿离子会被电场搬动,从而惹起流体滚动。微流体模块供应了一种专用的电渗流速率界限条款,动作一种流体壁界限条款。流体中带电或极化粒子上的电泳力和介电泳力可能用于驱动粒子运动,正如磁电泳中的抗磁力。粒子追踪模块内预订义了电泳和介电泳粒子用意力。微流体模块与AC/DC 模块联合时,您可能模仿交换介电泳外象。

  正在微型器件中很容易通过电润湿外象操控接触角。电润湿是很众新型显示手艺的本原道理。微流体模块中可能利用包罗电压参数的用户界说外达式来直接局限接触角。

  微流体模块供应一个用于仿真稀物质转达的专用物理接口。该接口假设同化物中的一种因素(溶剂)过量存正在(90 mol% 或更高),可能仿真这种同化物通过扩散、对流(与流体滚动耦应时)和电场迁徙等形式举行的化学物质转达。它经常用于模仿同化器的职能。要模仿微流体器件中的化学响应,可能将微流体模块与化学响应工程模块组合,当然,这也可能利用浓物质转达接口举行组合。

  看待每个微流体接口,基础的物理道理均通过偏微分方程以及相应初始条款和界限条款的形势展现。COMSOL 的策画夸大物理场,正在每个物理接口中预设了请求解的方程,并齐备批准您访谒底层方程组。其余,还可能分外敏捷地向体例中增添用户界说方程和外达式。比如,要模仿明显影响流体粘度的某种物质的转达,只需输入随浓度变更的粘度即可——无需编写剧本或代码。当 COMSOL 编译这些方程时,这些用户界说外达式所形容的丰富耦合将主动包罗正在方程组中。然后,这些方程利用有限元步骤和一系列工业级求解器举行求解。获取解之后,可能利用巨额的后管理器械来查证数据,并天生预订义画图来显示器件反响。COMSOL 利用户可能敏捷地评估一系列遍及的物理量,蕴涵压力、速率、剪切速度或涡度等预订义量(可正在菜单中获取),以及随便的用户界说外达式。

  Veryst Engineering,是一家供应工程策画和产物修设方面商议办事的公司,通过与领先的精巧分拨体例修设商之一的 Nordson EFD 团结来优化其静态同化器。静态同化器对同化层流黏性流体而言是一种便宜而有用的摆设,由于静态同化器平分子扩散最小 ...

  耶鲁大学的 Mark Reed 老师及其商量团队,正正在利用 COMSOL Multiphysics 软件开拓基于 MEMS 的可能探测血液中细菌的管理计划。它被称为 aScreen,能敏捷确切地供应领悟结果,况且本钱低廉 ...

  正在很众医疗操作和测试中,分袂出咱们体贴的细胞做进一步领悟瑕瑜常须要的。微流控彻底改观了举行这些测试的形式,譬喻可能通过血样检测癌症。 正在最有前景的分袂并浓缩细胞的微流控手艺中,有一种称为惯性聚焦的手艺。粒子正在弯流道滚动中的平均地位是极少参数和力的函数;通过尝试难以商量全部或许的序列。 马萨诸塞归纳病院 Biomems 资源中央的商量职员已模仿上述经过并确定了最佳策画计划。他们创修的 CFD 模子切磋了流道尺寸、粒子巨细、雷诺粒子数,雷诺流道数和迪安数等成分。十大玩彩信誉平台准绳的粒子追踪步骤并不对用于预测惯性聚焦,常微分方程 (ODE) 便当用了以线速率和角速率的形式指定粒子的平均的。仿真结果与尝试衡量结果吻合,这些结果显示了平均地位与流道曲率的干系性。

  微流控器件是很众传感器的要害,比如流量传感器以及用于医学诊断的传感器。但因为其尺寸很小,使得流体的同化与抽取变得极具离间性。动作守旧驱动步骤的取代步骤,皮相声波(SAW)可用来出现流体滚动。正在 SUNY Albany 和 SEMATECH 团结中,商量职员创修了模子并模仿了集成叉指换能器(IDT)布局,以及压电基片布局和 SAM 出现的谐波振动。他们利用 COMSOL Multiphysics 软件对影响器件几何优化的成分举行了商量,譬喻声流反响谐和振频率。他们通过仿真结果,证明了 SAW 的笔直位移越大对应的滚动速率越高,况且他们的仿真结果与尝试衡量结果相吻合。

  血液学领悟,即确定各样血液参数的血样领悟,是对血液疾病举行诊断和作出调整计划的要害因素。确切的血液学领悟须要计数并分类样本中的差异细胞来衡量它们的巨细和散布。HORIBA Medical,是一家供应医疗诊断摆设的公司,闭键利用 COMSOL ...

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  微流控器件是很众传感器的要害,比如流量传感器以及用于医学诊断的传感器。但因为其尺寸很小,使得流体的同化与抽取变得极具离间性。动作守旧驱动步骤的取代步骤,皮相声波(SAW)可用来出现流体滚动。正在 SUNY Albany 和 SEMATECH 团结中,商量职员创修了模子并模仿了集成叉指换能器(IDT)布局,以及压电基片布局和 SAM 出现的谐波振动。他们利用 COMSOL Multiphysics 软件对影响器件几何优化的成分举行了商量,譬喻声流反响谐和振频率。他们通过仿真结果,证明了 SAW 的笔直位移越大对应的滚动速率越高,况且他们的仿真结果与尝试衡量结果相吻合。

  血液学领悟,即确定各样血液参数的血样领悟,是对血液疾病举行诊断和作出调整计划的要害因素。确切的血液学领悟须要计数并分类样本中的差异细胞来衡量它们的巨细和散布。HORIBA Medical,是一家供应医疗诊断摆设的公司,闭键利用 COMSOL ...

  本例商量一个睡觉正在装满水的蓄水池顶部的笔直细圆柱体。因为气氛/水界面处的壁附出力和皮相张力,水通过通道上升。 正在 MEMS 装配中,皮相张力和壁附出力经常用于通过微通道输送流体,或者通过微量吸管衡量、输送和睡觉少量流体 ...

  该 App 供应三维微通道体例中的压力驱动流和电泳的示例。商量职员时常利用与此模子中的装配似乎的装配动作生物芯片中的电动进样器,从而获取解离酸和盐的真切界说的样品体积,并输送这些体积。 通过样品弛缓冲溶液的压力驱动滚动完成集会,从而将样品局限正在集会通道中。抵达稳态后,闭塞压力驱动流,并沿流道施加电场。 电场饱励与集会通道成直角的集会区中的解离样品离子通过注入通道。此题目正在时域求解。 此模子须要“化学响应工程模块”和“CFD 模块”或“微流体模块”。

  用于生化操纵的微尝试室经常须要敏捷同化差异的流体流。正在微观标准上,滚动经常是高度有序的层流,不存正在湍流,所以扩散是同化的闭键机制。 小分子(即敏捷扩散物质)可正在几秒钟内完成数十微米隔断内的扩散同化,不过肽、卵白质和高分子量核酸等较大分子正在一律隔断内的同化所需的平均时期为几分钟到几小时。看待很众化学领悟来说,这种延迟是阻止确践的。这些题目促使人们加紧寻求可用于微流体体例的更有用的同化器。 此模子行使电渗来同化流体。体例操纵瞬态电场,所获得的电渗作对了蓝本高度有序的层流中的平行流线。

  该模子模仿策画用于可控扩散同化的 H 形微流池。微流池使两种差异的层流正在可控时期段内接触。接触面分外真切,通过局限流率,可能局限通过扩散从一个散布递到另一个流的物质料。该示例最初由 Albert Witarsa 正在西雅图华盛顿大学 Bruce Finlayson 老师的教导下提出。这是商量生课程职业的一个别,通过数学修模来评估微流体范畴的专利潜力。

  喷墨最初发现用于打印机,现已用于其他操纵范畴,如人命科学和微电子范畴。仿真有助于增加对流体滚动的领悟,还可能预测用于特定操纵的喷墨的最佳策画。 此 App 演示怎样调度喷墨打印机喷嘴的式样和职责形式以抵达所需的墨滴巨细,全部取决于注入液体的接触角度、皮相张力、黏度和密度。结果还剖明注入的体积是否会先了解成众个墨滴,然后正在基板上统一变成最终墨滴。 采用不成压缩纳维-斯托克斯方程及皮相张力来模仿流体滚动,利用程度集步骤追踪流体界面。

  此例形容供应浓度可变的水溶性药物的药物输送体例的职责形式。水量固定的液滴以恒定速率沿毛细管向卑劣动。个别毛细管壁由可渗出膜构成,该膜将毛细管内部与药物的浓缩液隔离。当液滴通过膜时,其接触角改观,药物溶化到水中。为了模仿这个经过,假定药物与膜接触光阴毛细管壁上药物的流量恒定。通过改观液滴速率,可能调理液滴中药物的最终浓度。

  两相流体界面与固体皮相的接触角由接触点的受力平均决意。电润湿中,通过正在导电流体与固体皮相之间施加电压,可能改观接触点的受力平均。 正在很众操纵中,固体皮相由重积正在导电层上的薄电介质构成,这经常称为电介质上的电润湿 (EWOD)。电润湿可能通过改观施加到导电液体上的电压来动态地改观接触角。正在本案例中,两种不混溶液体之间的曲面可用作光学透镜。由电润湿效应惹起的曲面曲率变更可能正在大规模内改观透镜的焦距。模子基于 Philips FluidFocus 团队的商量职责。 本模子利用“层流两相流,动网格”接口和瞬态商量。

  正在宏观层面,体例经常利用板滞奉行器或三维湍流来同化流体,然而,正在微观层面,这两种步骤都阻止确践,以至底子不或许完成。此模子演示正在 MEMS 同化器中利用层流来同化流体,领悟了薄板同化器中流体滚动的稳态条款以及溶化物质的对流和扩散。

  介电粒子受到非平均电场的用意力时,会发作介电泳 (DEP)。介电泳正在用于生物传感器、诊断学、粒子操控和过滤(分选)以及颗粒拼装等的生物医学摆设范畴有着遍及操纵。 介电泳力与粒子的巨细、式样和介电属性精密干系,使得介电泳可能用来分袂差异品种的粒子,比如从同化物平分离各样细胞。“红细胞分袂”App 先容怎样从血样入选择性地筛选红细胞,使其与血小板分袂。 正在介电泳过滤装配中,比血小板大的红细胞受到的力更大,所以偏转幅度更大。两个出口的地位陈设使得未发作转向的粒子从顶部出口流出,惟有发作转向的粒子可能从下方出口流出。 通过该 App,您可能改观红细胞和血小板的特征以及电场。

  本例商量一个睡觉正在装满水的蓄水池顶部的笔直细圆柱体。因为气氛/水界面处的壁附出力和皮相张力,水通过通道上升。 正在 MEMS 装配中,皮相张力和壁附出力经常用于通过微通道输送流体,或者通过微量吸管衡量、输送和睡觉少量流体 ...

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  两相流体界面与固体皮相的接触角由接触点的受力平均决意。电润湿中,通过正在导电流体与固体皮相之间施加电压,可能改观接触点的受力平均。 正在很众操纵中,固体皮相由重积正在导电层上的薄电介质构成,这经常称为电介质上的电润湿 (EWOD)。电润湿可能通过改观施加到导电液体上的电压来动态地改观接触角。正在本案例中,两种不混溶液体之间的曲面可用作光学透镜。由电润湿效应惹起的曲面曲率变更可能正在大规模内改观透镜的焦距。模子基于 Philips FluidFocus 团队的商量职责。 本模子利用“层流两相流,动网格”接口和瞬态商量。

  正在宏观层面,体例经常利用板滞奉行器或三维湍流来同化流体,然而,正在微观层面,这两种步骤都阻止确践,以至底子不或许完成。此模子演示正在 MEMS 同化器中利用层流来同化流体,领悟了薄板同化器中流体滚动的稳态条款以及溶化物质的对流和扩散。

  介电粒子受到非平均电场的用意力时,会发作介电泳 (DEP)。介电泳正在用于生物传感器、诊断学、粒子操控和过滤(分选)以及颗粒拼装等的生物医学摆设范畴有着遍及操纵。 介电泳力与粒子的巨细、式样和介电属性精密干系,使得介电泳可能用来分袂差异品种的粒子,比如从同化物平分离各样细胞。“红细胞分袂”App 先容怎样从血样入选择性地筛选红细胞,使其与血小板分袂。 正在介电泳过滤装配中,比血小板大的红细胞受到的力更大,所以偏转幅度更大。两个出口的地位陈设使得未发作转向的粒子从顶部出口流出,惟有发作转向的粒子可能从下方出口流出。 通过该 App,您可能改观红细胞和血小板的特征以及电场。

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