Füllen einer Kapillare
Application ID: 1878
In diesem Beispiel wird ein schmaler vertikaler Zylinder untersucht, der auf einem mit Wasser gefüllten Reservoir steht. Aufgrund der Wandhaftung und der Oberflächenspannung an der Luft/Wasser-Grenzfläche steigt das Wasser durch den Kanal auf.
Oberflächenspannung und Wandadhäsionskräfte werden häufig genutzt, um Fluide durch Mikrokanäle in MEMS-Geräten zu transportieren oder um kleine Mengen von Fluiden mithilfe von Mikropipetten zu messen, zu transportieren und zu positionieren. Mehrphasenströmung durch ein poröses Medium und Tropfen an festen Wänden sind weitere Beispiele, bei denen Wandhaftung und Oberflächenspannung die Dynamik der Strömung stark beeinflussen.
Um die Adhäsionskräfte an den Wänden korrekt zu modellieren, ist die Behandlung der Randbedingungen wichtig. Wenn Sie die Geschwindigkeit an den Wänden auf Null setzen, kann sich die Grenzfläche nicht an den Wänden entlang bewegen. Stattdessen müssen Sie eine Gleitgeschwindigkeit ungleich Null zulassen und eine Reibungskraft an der Wand hinzufügen. Mit einer solchen Randbedingung ist es möglich, den Kontaktwinkel, d.h. den Winkel zwischen der Grenzfläche und der Wand, explizit festzulegen.
Das Modell berechnet das Druckfeld, das Geschwindigkeitsfeld sowie die Form und Position der Wasseroberfläche. Es verwendet eine Level-Set-Methode oder eine Phasenfeldmethode, um die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser zu verfolgen und zeigt, wie man Reibung hinzufügt und den Kontaktwinkel an den Kanalwänden festlegt. Die Kapillarkräfte dominieren während der gesamten Simulation über die Schwerkraft, so dass sich die Grenzfläche während der gesamten Simulation nach oben bewegt.
Dieses Beispiel veranschaulicht Anwendungen diesen Typs, die mit den folgenden Produkten erstellt wurden:
Allerdings können zusätzliche Produkte erforderlich sein, um es vollständig zu definieren und zu modellieren. Weiterhin kann dieses Beispiel auch mit Komponenten aus den folgenden Produktkombinationen definiert und modelliert werden:
Die Kombination von COMSOL® Produkten, die für die Modellierung Ihrer Anwendung erforderlich ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab und kann Randbedingungen, Materialeigenschaften, Physik-Interfaces und Bauteilbibliotheken umfassen. Bestimmte Funktionen können von mehreren Produkten gemeinsam genutzt werden. Um die richtige Produktkombination für Ihre Modellierungsanforderungen zu ermitteln, lesen Sie die Spezifikationstabelle und nutzen Sie eine kostenlose Evaluierungslizenz. Die COMSOL Vertriebs- und Support-Teams stehen Ihnen für alle Fragen zur Verfügung, die Sie diesbezüglich haben.