微流体 博客文章
非牛顿流体在多孔介质中的流动仿真
学习如何使用仿真开发一种均质化方法，用于模拟多孔结构中的非牛顿流。
如何模拟周期性微流体系统
通过模拟具有蛇形通道的微流体装置的周期性，您可以确定所需的通道长度，从而确保化学物质的良好混合。
声阱仿真：热声流和粒子追踪
声阱可用于各种生物医学应用，对细胞和颗粒进行操控。点击此处查看如何在 COMSOL Multiphysics® 中模拟声阱。
在 COMSOL Multiphysics® 中模拟快速检测
想知道 COVID-19 的快速检测测试究竟是如何工作的？ 在此处获取全面说明，以及 COMSOL Multiphysics® 中的 3 个示例模型。 （第 2 部分，共 2 部分）
快速检测测试设备中的物理原理
基于侧流分析 (LFA) 的快速检测测试，也称为免疫色谱测试，可以被认为是非常先进但非常强大的微型实验室。 （第 1 部分，共 2 部分）
唇彩为什么会表现出反重力作用？
我们来解释一下一种神秘的病毒现象:唇彩似乎可以漂浮起来对抗地心引力。阅读更多(并观看相关视频)…
使用 COMSOL 探索模拟电泳的 4 种基本模式
DNA、RNA、蛋白质……所有这些大分子都可以用电动力学过程电泳进行分析。2020年在由美国化学工程师学会主办的网络研讨会上，华盛顿州立大学的 Cornelius Ivory 教授对电泳的4种模式: 区带电泳、移动边界电泳、等速电泳和等电聚焦进行了介绍，并讨论了在 COMSOL Multiphysics 软件中如何对它们进行建模。
COMSOL®中的多相流建模与仿真：第 1 部分
多相流通常包括气-液、液-液、液-固、气-固、气-液-液、气-液-固或气-液-液-固混合物的流动。此系列博客主要讨论气-液和液-液混合物，并简要讨论固-气和固-液混合物。此外，我们还将介绍 COMSOL 软件中 CFD 模块和微流体模块中的模型和模拟策略。 不同尺度的多相流建模 通过数学建模可以对不同尺度的多相流进行研究。最小尺度约几分之一微米，而最大尺度可达几米或几十米。这些尺度甚至可以相差大约八个数量级，其中最大尺度可能比最小尺度大一亿倍,这意味着，在整个尺度范围内，使用同一种机理模型在数值上是无法解析从最小尺度到最大尺度的多相流。因此，多相流模拟通常分为不同的尺度。 在较小的尺度上，可以详细模拟相边界的形状；例如，气泡与液体之间的气液界面的形状。在 COMSOL 软件中，这种模型称为分离型多相流模型，而描述此类模型的方法通常被称为表面追踪法。 在较大的尺度上，如果必须详细描相界面，该模型方程将无法求解。相反，此时会采用场（如体积分数）来描述不同相，同时将表面张力、浮力和相间质量传递这类界面效应作为分散多相流模型方程中的源和汇。 分离型多相流模型详细描述了相边界，而分散型多相流模型仅考虑分散在连续相中的一个相的体积分数。 上图显示了分离型和分散型多相流模型的主要区别。上述两种示例，均使用函数 Φ 来描述气相和液相。但是，在分离型多相流模型中，不同相之间相互排斥并存在一个清晰的相边界。在此边界上，相场函数 Φ 发生突变。除了追踪相边界的位置以外，相场函数没有任何物理意义。 在分散型多相流模型中，函数 Φ 描述了气相（分散相）和液相（连续相）的局部平均体积分数。通过平均体积分数可以在该区域的任一点顺利找到介于 0 和 1 之间的值，这预示着在其他均质域中是否存在少量还是大量气泡。也就是说，在分散型多相流模型中，可以在同一时间和空间点上定义气相和液相；而在分离多相流模型中，在给定的时间和空间点上，只能定义气相或液相。 分离型多相流模型 对于分离型多相流的模拟，COMSOL Multiphysics® 软件提供了 3 种不同的界面追踪方法： 水平集法 相场法 动网格法 水平集和相场都是基于场的方法，其中相界面代表水平集或相场函数的等值面。动网格法与上述两种方法完全不同，它将相界面模拟为分隔两个域的几何表面，其中每个域对应不同的相。 基于场的问题通常是在固定的网格上求解，而使用移动的网格可以解决动网格问题。 下图的动画显示了一个 T 型微通道中生产乳液的模拟结果，该模型使用相场法求解。在动画中，我们可以看到相边界与网格的平面和边缘不一致，相边界由相场函数的等值面表示。 在相场法和水平集法中，有限元网格不必与两个相的边界一致。 与之相反，下图显示了含动网格的上升气泡的验证模型。网格与相边界的形状保持一致，并且网格边缘与相边界重合。但是，动网格模型也有缺点，即气泡的变形使两个次级气泡从母气泡分离。此时，必须将原始相边界划分为几个边界。该方法太复杂，并且尚未在 COMSOL® 软件中实现。因此，COMSOL® 软件中的动网格法无法处理拓扑变化。而相场法不存在这个缺点，它可以处理相边界形状的任何变化。 上升气泡的验证。当两个次级气泡脱离母气泡时，发生了拓扑变化。 什么时候使用相场法和动网格法？ 对于给定的网格，动网格法具有更高的精度。基于这一优势，我们可以直接在相边界上施加力和通量。为了解析该表面的等值面，基于相场的方法需要围绕相边界表面建立密集网格。由于很难定义一个精确贴合等值面的自适应网格，通常必须在等值面周围建立大量密集网格。在具有相同精度的情况下，相较于动网格，这样做会降低基于场的方法的表现。那么，什么时候使用这些不同的方法呢？ 对于不希望发生拓扑变化的微流体系统，通常首选动网格法； 如果需要拓扑变化，则必须使用相场法： 当表面张力的影响较大时，首选相场法 如果可以忽略表面张力，首选水平集法 分离型多相流模型和湍流模型 在湍流模型中，由于仅解析平均速度和压力，流体的细节会丢失。从这一点来看，表面张力效应在流体的宏观描述中也变得不那么重要。由于湍流表面的流动也比较剧烈，几乎不可能避免拓扑变化。所以对于湍流模型和分离型多相流模型的组合，最好使用水平集法。水平集法和相场法都可以与 COMSOL Multiphysics 中的所有湍流模型结合使用，如下图和动画所示。 在COMSOL Multiphysics中，所有湍流模型都可以与相场法和水平集法相结合来模拟两相流。 将水平集法与 k-e 湍流模型相结合来模拟反应堆中水和空气的两相流。 分散型多相流模型 在相边界过于复杂而无法解析的情况下，必须使用分散型多相流模型。 CFD 模块提供了 4 种（在原理上）不同的模型： 气泡流模型 适合高密度相中包含较小体积分数低密度相的情况 混合模型 适合连续相中包含较小体积分数的分散相（或几个分散相），其密度与一个或多个分散相相近的情况 欧拉–欧拉模型 适用于任何类型的多相流的情况 可以处理任何类型的多相流，且气体中有密集颗粒，例如流化床 欧拉–拉格朗日模型 适合包含相对较少（成千上万，而不是数十亿）的气泡、液滴或悬浮颗粒流体 适合气泡、颗粒、液滴或使用方程模拟的颗粒，该方程假定流体中每个颗粒的力平衡 什么时候使用不同的分散型多相流模型？ […]
开发用于按需 DNA 合成的硅 MEMS 芯片
体细胞基因组编辑逐渐表现出能够治疗多种遗传疾病的能力。随着功能强大的基因组编辑工具 CRISPR-Cas9 的不断发展，人们对 DNA 合成技术的需求也越来越多。
使用形状优化和拓扑优化设计特斯拉微阀
1特斯拉微阀模型，2种方式：COMSOL Multiphysics 中提供的形状优化功能使您能够根据更复杂的拓扑优化结果改进简单的设计。
熵捕获中的 DNA 快速分离过程模拟
在调查犯罪时，法医专家有时会使用DNA证据来识别犯罪嫌疑人。然而，DNA不仅包含识别信息，还有我们基因构成的线索。DNA 分离可以用来深入研究 DNA 链，但是传统方法很耗时。
通过仿真分析一种新型液滴形成流体结
一种被称为 “蝙蝠翼 “的新型振动式微流控结设计，通过持续产生均匀和复杂的双乳液滴，正在改善液滴微流控领域。
利用仿真技术阻止微流控装置中的气泡夹带现象
微流控设备会受到气泡的破坏。事实上，如果气泡夹带在微流控设备中，可能会导致设备发生故障。Veryst 工程公司创建了一个 CFD 模型来研究这个过程。
设计可实现材料精确沉积的喷墨打印头
不管是 2D 或 3D 喷墨打印机，喷嘴设计都是保证装置实现精确材料沉积的重要前提，具有重要意义。
借助仿真设计高效的透皮给药贴片
透皮给药（transdermal drug delivery，简称 TDD）贴片的作用是在一段时间内将药物持续渗透到患者体内。然而，人体的皮肤是阻止外来物质（也包括药物在内）入侵的天然屏障。为了制造出可有效穿透皮肤的 TDD 贴片，研究人员利用仿真对药物的释放过程和皮肤的吸收过程进行了研究。Veryst 工程公司（Veryst Engineering）在 COMSOL Multiphysics® 软件中创建了 TDD 贴片模型，并将仿真结果与实验数据进行了比较。
治疗糖尿病的胰岛素微泵设计
对于所有的治疗方式，人们总是希望可以在确保安全性和有效性的前提下，尽可能地减少治疗过程给患者带来的不适。对于糖尿病患者来说，注射胰岛素仍然是一种重要的治疗方式，然而注射过程却会伴随着疼痛。来自安大略理工大学（University of Ontario Institute of Technology）的研究团队，希望借助多物理场仿真开发出一种以 MEMS（微机电系统）为基础的微泵，这种微泵可以以一种安全无痛苦的方式来进行胰岛素的注射。
黑啤酒杯中的泡沫会上升，还是下降？
你有没有注意过某些烈性啤酒的气泡是如何沉到杯子的底部，而不是上升到顶部的?我们用流体流动仿真来解释这一现象。
利用全新的相场接口模拟三相流
在 COMSOL Multiphysics 5.2 版本中，对“CFD模块”和“微流体模块”各添加了一个全新的流体流动接口，实现分离三相流的建模。这个流体流动接口中模型可以考虑每两种流体之间的表面张力、与壁的接触角，以及每种流体的密度与黏度等因素。相场法可计算三相流之间的界面形状，以及考虑其与壁之间的相互作用。
聚焦电润湿透镜
调整相机镜头的焦距可以改变视角。微型镜头也可以通过一种称之为电润湿 的方法来实现这种变化。电润湿方法通过施加电压来改变自由表面与固体表面接触点的受力平衡。然而，由于自由面会产生振动，致使我们无法立即捕捉到焦点。在本文中，我们将探讨施加电压时，维持自由面临界阻尼所需的最佳粘度值。
借助 LED 实现超快速聚合酶链式反应检测
聚合酶链式反应检测在医学和生物学研究领域有着广泛的应用。然而在过去，此类检测由于耗电量高且检测结果交付速度缓慢，因而只能在实验室中进行。加州大学伯克利分校的研究人员开发出了一种基于 LED （发光二极管）的新型聚合酶链式反应系统，此系统操作简便且结果交付速度较快，可被用于即时检测。
模拟无阀微泵机理
无阀微泵是许多微流体系统的组成部分。模拟可用于研究这些部件中发生的流体-结构相互作用，以提高其性能。
LOC 模数微滴分配器的模拟
微流体生物芯片的应用范围很广，同时也因成本低、响应快、效率高而备受业界重视。COMSOL 用户年会 2014 波士顿站收到了一篇名为“芯片实验室应用中高通量微滴分配器的设计与仿真”的论文，其中介绍了研究人员设计的一款带有模数转换器的微流体生物芯片。他们使用 COMSOL Multiphysics 软件来理解器件的工作机理以及验证它的功能。
酒泪与马兰戈尼效应
让我们向玻璃杯中倒入一些葡萄酒。别着急喝，先来做个科学实验。端起玻璃杯，您会看到沿杯壁滑落的泪滴。这些酒泪是由马兰戈尼效应造成，它是一种由两种流体的接触面间的表面张力梯度造成的传质现象。
介电泳分离
电泳是一种通过电场来控制电中性粒子的运动的现象。了解如何在直流和交流电场中模拟这种效应。