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毛细管填充 – 水平集方法 中文

这是一个模拟狭长的毛细管通道由于表面张力和壁的粘附作用而产生填充的瞬态模型。毛细管通道内初始时充满空气。当连接到一个蓄水槽时,张力导致水进入毛细管。模型中的接触角,即水的表面和壁之间的夹角,固定为 67.5 度。此模型可以使用水平集方法或相场方法追踪流体交界面进行求解。本例中使用水平集方法。

红细胞分离 中文

介电粒子在非均匀电场中受到外力作用时,会发生介电泳 (DEP)。DEP 在生物医学设备方面有许多应用,可用于生物传感器、诊断学、粒子操控和过滤(排序)以及颗粒组装等。

介电泳力的大小与粒子的大小、形状和介电属性有关。这一特性使 DEP 可用于分离不同的粒子,例如从混合物中分离各种细胞。此模型显示如何从血样中有选择地过滤出红细胞,使其与血小板分离。

在 DEP 过滤装置中,由于红细胞比血小板大,因此受到的力更大,更容易发生转向。该装置有两个出口,未发生转向的粒子从上方出口离开,发生转向的粒子从下方出口离开。

该 App 允许改变红细胞和血小板的特性以及电场。

喷墨打印机 中文

喷墨最初发明用于打印机,现已用于其他应用领域,如生命科学和微电子领域。仿真有助于增进对流体流动的了解,还可以预测用于特定应用的喷墨的最佳设计。 此 App 演示如何调整喷墨打印机喷嘴的形状和工作方式以达到所需的墨滴大小,具体取决于注入液体的接触角度、表面张力、粘度和密度。结果还表明注入的体积是否会先分解成多个墨滴,然后在基板上合并形成最终墨滴。 采用不可压缩纳维-斯托克斯方程及表面张力来模拟流体流动,使用水平集方法追踪流体界面。

T 型管中的液滴破碎

乳剂由浸没在不混溶液体中的小液滴组成,广泛存在于食品、化妆品、精细化学品及药用物品的生产中。产品质量通常取决于液滴的大小。模拟这些过程有助于优化这些液滴以及其他过程变量。 此模型研究乳剂中浸没的流体的体积质量分数。根据结果可以清晰地观察到液滴的形成,还可以研究流体流动和添加剂化学品等因素,了解它们如何影响液滴大小及形成。

可控扩散微混合器 中文

本例模拟了一种 H 型微流道,设计用于可控的扩散混合。两种流体在池中作不同的层流流动,在可控时间段内接触。接触面定义良好,通过控制流率,可以控制物质通过扩散从一种流体流向另一种流体的量。本例最初是由美国西雅图华盛顿大学的 Albert Witarsa 在 Bruce Finlayson 教授指导下编写。这是研究生课程的一部分,用于数学建模评估微流体中潜在的流型。

药物输送系统

此例描述提供浓度可变的水溶性药物的药物输送系统的工作方式。水量固定的液滴以恒定速度沿毛细管向下流动。部分毛细管壁由可渗透膜组成,该膜将毛细管内部与药物的浓缩液隔开。当液滴通过膜时,其接触角改变,药物溶解到水中。为了模拟这个过程,假定药物与膜接触期间毛细管壁上药物的流量恒定。通过改变液滴速度,可以调节液滴中药物的最终浓度。

分层液层之间的气泡诱导夹带

此模型是食品加工、制药工业和化学加工中常用的三相流的基准模型,仿真结果已根据文献中报告的数据进行了验证。 气泡上升,穿过两层液体,较轻的液体停留在较重的液体之上,气泡经过较重的液体时,它会在尾迹中夹带一些较重的液体,并将这些液体带入较轻的液体,从而产生一条尾状重液体带。

射流非稳定性 - 动网格

由于表面张力系数存在梯度,马兰戈尼效应会导致流体/流体界面的切向产生滑移速度。当表面张力系数恒定时,双流体系统可能处于静态平衡状态,这是因为界面上的压力突变可能使表面张力达到完全平衡。界面上的压力不连续,但各处的速度场均为零。表面张力系数存在梯度意味着流动必须是非静止的,这是由于表面张力系数变化引起的力只作用在界面的切向,必须通过仅存在于流动流体中的粘性力来平衡。在示例中,初始静止的无限长液体射流由于随空间变化的表面张力系数而破裂。

Free Surfaces with Level Set, Phase Field, and Moving Mesh: A Comparison

We present the results from a comparison of the level set, phase field, and moving mesh methods for modeling free liquid surfaces in the COMSOL ...

电渗微混合器

用于生化应用的微实验室通常需要快速混合不同的流体流。在微观尺度上,流动通常是高度有序的层流,不存在湍流,因此扩散是混合的主要机制。 小分子(即快速扩散物质)可在几秒钟内实现数十微米距离内的扩散混合,但是肽、蛋白质和高分子量核酸等较大分子在同等距离内的混合所需的平衡时间为几分钟到几小时。对于许多化学分析来说,这种延迟是不切实际的。这些问题促使人们加紧寻求可用于微流体系统的更有效的混合器。 此模型利用电渗来混合流体。系统应用瞬态电场,所得到的电渗干扰了原本高度有序的层流中的平行流线。

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