Akustische Strömung in einem Mikrokanal-Querschnitt
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Die jüngsten Fortschritte bei der Herstellung von mikrofluidischen Systemen erfordern die Handhabung lebender Zellen und anderer Mikropartikel sowie das Mischen. All dies kann beispielsweise durch die Nutzung akustischer Strahlungskräfte und des viskosen Widerstands durch die Strömung erreicht werden.
Strömung: Aufgrund der nichtlinearen Terme in den Navier-Stokes-Gleichungen führt eine harmonische Störung der Strömung zu einer zeitlich gemittelten Nettoströmung, die als akustische Gleichströmung bezeichnet wird. Die akustische Strömung ist ein (nichtlinearer) akustischer Effekt zweiter Ordnung. Der Effekt kann auf zwei Arten simuliert werden: entweder durch direkte Simulation, bei der die nichtlinearen Navier-Stokes-Gleichungen gelöst werden, oder wie hier gezeigt durch Trennung der Zeitskalen.
Strahlungskraft: Aufgrund nichtlinearer Terme in den maßgeblichen Gleichungen kann Impuls von einem akustischen Feld auf Partikel übertragen werden. Dies führt zu einer Nettokraft, die auf die Partikel wirkt – die akustische Strahlungskraft.
Die Flugbahn von Partikeln in Geräten wird durch das Gleichgewicht zwischen der viskosen Widerstandskraft (aus der Strömung) und der akustischen Strahlungskraft bestimmt. Dieses Modell zeigt, wie beide mithilfe von COMSOL Multiphysics einbezogen und modelliert werden können.
Das hier vorgestellte Modell basiert auf den folgenden Veröffentlichungen:
P. B. Muller and H. Bruus, "Numerical study of thermoviscous effects in ultrasound-induced acoustic streaming in microchannels," Phys. Rev. E 90, 043016 (2014).
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).
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.