微通道横截面中的声流

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微流体系统制造的最新进展需要处理活细胞和其他微粒,还需要它们之间的混合。例如,所有这些都可以利用声辐射力和来自流动的粘滞曳力来实现。

流动:由于纳维-斯托克斯方程中的非线性项,流动的谐波扰动将导致净时均流动,称为声流。声流是一种二阶(非线性)声学效应,可以通过两种方式进行模拟:求解纳维-斯托克斯方程的直接仿真,或者如此处所示,通过分离时间尺度来模拟。

辐射力:由于控制方程中的非线性项,动量可从声场传递到颗粒。这会导致作用在颗粒上的净力 - 声辐射力。

设备中颗粒的轨迹将由粘滞曳力(来自流动)和声辐射力之间的平衡来控制。此模型展示如何使用 COMSOL Multiphysics 包含这两个力并进行建模。

这里介绍的模型基于以下论文: 1. P. B. Muller, R. Barnkob, M. J. Herring Jensen, and H. Bruus, A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces, Lab Chip, 12, 4617–4627 (2012). 2. J. T. Karlsen and H. Bruus, “Forces acting on a small particle in an acoustical field in a thermoviscous fluid,” Phys. Rev. E 92, 043010 (2015).

  1. P. B. Muller, R. Barnkob, M. J. Herring Jensen, and H. Bruus, A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces, Lab Chip, 12, 4617–4627 (2012).
  2. J. T. Karlsen and H. Bruus, “Forces acting on a small particle in an acoustical field in a thermoviscous fluid,” Phys. Rev. E 92, 043010 (2015).

案例中展示的此类问题通常可通过以下产品建模: