Шкалы длин микрожидкостных токов на порядок намного меньше, чем макроскопические. Обработка жидкостей на микроуровне имеет ряд преимуществ. Как правило, микрофлюидные системы меньше по размеру, работают быстрее и требуют меньше жидкости, чем их макроскопические аналоги. Кроме того, ввод и вывод энергии легче контролировать, поскольку отношение поверхности к объему системы намного больше, чем в макроскопической системе. По мере того, как масштаб длины потока жидкости уменьшается, свойства, которые масштабируются с поверхностью системы, становятся более важными, чем те свойства, которые масштабируются с объемом потока.
Вязкие силы доминируют над силами инерции
Это очевидно в самом потоке жидкости, так как вязкие силы доминируют над силами инерции. Число Рейнольдса, которое описывает отношения между этими двумя силами, обычно мало. Поэтому поток в основном ламинарный, во многих случаях это ползучий поток. Ламинары и токи утечки делают смешивание особенно трудным, так что перенос массы часто происходит только посредством диффузии. Диффузия часто является медленным процессом даже в микрофлюидных системах. Это оказывает влияние на перенос химических веществ в микрофлюидных системах.
Для микромасштабных потоков
Модуль микрофлюидики от Comsol специально разработан для обработки импульсного, теплового и массопереноса и особенно подходит для микромасштабных потоков.
Модуль микрофлюидики содержит удобные инструменты для анализа микрофлюидных устройств. Моделирование чип-лабораторий (лабораторные устройства), цифровые микрофлюидные, электрокинетические и магнитокинетические устройства, а также струйные принтеры являются одними из наиболее важных приложений. Модуль микрофлюидики содержит готовые пользовательские интерфейсы и инструменты моделирования, так называемые физические интерфейсы, для однофазных потоков, потоков в пористой среде, двухфазных потоков и явлений переноса.
Моделирование рабочего процесса
- 1. Определение геометрии в программном обеспечении: можно импортировать файл САПР или использовать встроенные инструменты моделирования геометрии.
- 2. На следующем шаге выбираются соответствующие свойства жидкости и подходящий физический интерфейс. Начальные и граничные условия настраиваются с помощью этого интерфейса. Например, доступны следующие интерфейсы: массовый транспорт, однофазный поток, двухфазный поток, разбавленный поток, скользящий поток, ламинарный поток или поток в пористой среде с использованием уравнений Дарси или Бринкмана.
- 3. Сеть тогда определена. Во многих случаях для этой задачи подходит стандартная сеть, автоматически генерируемая Comsol (которая генерируется на основе зависящих от физики стандартных значений).
- 4. Затем выбирается решатель, снова используя стандартные настройки, которые подходят для соответствующих физических явлений.
- 5. Затем вычисляется проблема и результаты визуализируются.
- 6. Модуль микрофлюидики может рассчитывать стационарные и зависящие от времени потоки в 2D и 3D. Для расширения функций моделирования его также можно сочетать с любыми другими дополнительными продуктами. Примером этого является отслеживание частиц в массовом потоке, которое может быть реализовано путем соединения с модулем отслеживания частиц.