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计算流体力学 (CFD) 博客文章

通过仿真优化啤酒的酿造

2014年 9月 26日

家庭酿酒包含两方面,一是酿造技术,一是工程技术。有些人想改善某个啤酒配方、有些想克隆自己最喜欢的啤酒,还有些单纯好奇啤酒到底是怎么酿造的,出于这些原因,很多啤酒爱好者们开始在家自己酿酒。酿了几次酒之后,我发现从工程学的角度来看,酿造啤酒也是一项很有挑战性的活动。

利用基于方程的建模理解交通拥堵

2014年 7月 30日

我们都曾因为堵车而感到无聊和沮丧。通常,交通堵塞的出现或消失都没有明显原因。我们利用气体动力学类比法,同时使用 COMSOL Multiphysics 基于方程的建模功能模拟了交通流,希望能更好地了解为什么会出现交通堵塞。

棒球投球背后的物理学

2014年 7月 17日

职业棒球投手们可以在投球时使它向左、向右、向下,甚至向上(有点类似)运动,以使球避开对面的击球手。这背后的物理学就可以通过马格努斯效应解释。

采用声悬浮技术精准制药

2014年 7月 16日

制造药品时需要无污染的空间,因此科学家尝试了许多创新的方法来改进相关工艺。在阿贡国家实验室(Argonne National Lab),曾希望能够创建一种可以在稀薄空气中漂浮和旋转化学化合物的设备并予以实现。这种设备可以非常精确地控制所需的每种化学药品的量,并将外部杂质破坏结果的风险降到最低。 声音如何举升物体 阿贡国家实验室(Argonne)的研究人员使用多物理场仿真和试错原型制作来提升声学悬浮装置的效率。当我们需要移动对象时,声音可能不是我们通常可以采用的工具。那么,如何利用声音在实验室环境中使物体漂浮或悬浮?答案在于以正确的方式组合力即可产生提升力。 当声音振动通过空气等介质传播时,所产生的压缩是可测且真实的。通过组合声泳力、重力和阻力等压力,不仅足以提升液体药物之类的材料,而且还可以根据操作员的需要对药物进行定位、旋转和移动。 声学悬浮器的换能器之间的波所产生的压力袋会在粒子尺度上产生较大的提升力。 结晶之前旋转药滴 通过使液滴保持稳定旋转,在药物保持液态和无定形状态下,研究人员能够使其进行化学反应。这是创造一个安全、稳定的环境使药物正确合成的关键所在。 声学悬浮装置的几何建模 声学悬浮装置中的每种材料和尺寸都会影响该设备,包括是否按照最终设计进行正常工作,以及是否能根据使用它的科学家的需求进行精细调整。 该设备的几何形状包括两个小型压电传感器,它们像喇叭一样竖立在产生药物的工作区域的上方和下方,如下图所示。 声学悬浮器的波型由位于平坦相对的换能器上的高斯形状泡沫控制。 设计中最重要的部分可能是由聚苯乙烯制成,并覆盖每个换能器端部的高斯形状的泡沫,这种泡沫可以消除所需范围之外的声波,能作为滤波器来维持均匀、明确的驻波。 Argonne的团队耦合使用了COMSOL Multiphysics® 中的“声学模块”、“ CFD模块”和“粒子追踪模块”对声学悬浮器进行了建模。通过仿真,他们能够缩小声场的形状和浮动液滴的位置。 上图仿真结果显示,在T = 0.75秒时,颗粒形成了液滴。左侧显示了仿真中预期的粒子分布,右侧显示了液滴的实际分布的照片。 使用声学悬浮装置生产更安全、更精确的药物 声悬浮技术的发展以及能控制越来越精细的化学反应的能力,使药物科学界的成员扩展了其研究领域,未来也许会发现更多能够挽救生命的新药。 扩展阅读 了解有关通过声悬浮技术实现飘浮更多信息。

马格努斯效应和世界杯比赛用球

2014年 6月 12日

贝克汉姆和马拉多纳用球鞋内侧踢出的弧线,以及埃德尔、内林霍,罗伯托·卡洛斯用球鞋外侧踢出的弧线,都是马格努斯效应 的结果。该效应以其发现者科学家马格努斯命名,在 19 世纪 50 年代,马格努斯首次在实验室中观察到了这种现象。马格努斯效应解释了同时旋转和前进的球所受到的侧向力。这里,我们用它来分析 FIFA 世界杯比赛用球。

地热能:利用地热实现冬暖夏凉

2014年 5月 23日

利用地热调节室内温度具有成本低、可持续使用的特点。本文为地热能系列的第三篇博客文章,我们将详细探讨埋管集热器。由于对埋管集热器的热性能已做了准确预测,并且考虑了管道布置与局部热性质,因此“管道流模块”非常适合模拟这种集热器。

石墨烯革命:第四部分

2013年 5月 2日

石墨烯可以在高真空下利用热分解制造。为了设计和优化这些高真空系统,工程师可能转向仿真寻求帮助,不过目前还没有多少仿真工具能胜任这一工作。让我们来看一下真空系统如何与石墨烯的生产相关,为什么要模拟它们,以及如何模拟。


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