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Mikrofluide Strömungen in verdünnten Gasen untersuchen

| Redakteur: Juliana Schulze

Simulation einer Flüssigkeitslinse mit variablem Fokus für eine Miniaturkamera während der Veränderung der Brennweite. Die Linse entsteht durch die Grenzschicht zwischen zwei Flüssigkeiten – der untere Teil des Geschwindigkeitsfeldes ist farbig, der obere durch ein Pfeildiagramm dargestellt. Der Electrowetting-Effekt wird dazu benutzt, den Kontaktwinkel an der Zylinderwand zu ändern und somit einen anderen Wulstrandradius zu erzeugen, wodurch die Brennweite der Linse verändert wird. (Bild: Comsol)
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Simulation einer Flüssigkeitslinse mit variablem Fokus für eine Miniaturkamera während der Veränderung der Brennweite. Die Linse entsteht durch die Grenzschicht zwischen zwei Flüssigkeiten – der untere Teil des Geschwindigkeitsfeldes ist farbig, der obere durch ein Pfeildiagramm dargestellt. Der Electrowetting-Effekt wird dazu benutzt, den Kontaktwinkel an der Zylinderwand zu ändern und somit einen anderen Wulstrandradius zu erzeugen, wodurch die Brennweite der Linse verändert wird. (Bild: Comsol)

Comsol Multiphysics hat die neue Version des Microfluidics Moduls herausgebracht. Damit können mikrofluide Komponenten und Strömungen in stark verdünnten Gasen untersucht werden.

Das Microfluidics Modul kann u. a. für Simulationen von Lab-on-a-Chip-Komponenten, digitaler Mikrofluidik, Biosensoren, elektrokinetischen und magnetokinetischen Komponenten sowie für das Tintenstrahl- und Vakuumsystemdesign eingesetzt werden. Ergänzt wird das Modul durch eine Modellbibliothek mit zahlreichen Anleitungen und industrierelevanten Modellen, die sowohl als Lehrbeispiele als auch als Grundlage für zukünftige Arbeiten dienen.

Spezialisierte Mikrofluidik-Eingabemasken

Das Microfluidics Modul enthält Eingabemasken für einphasige Strömungen. Hiermit können Benutzer Anwendungen wie z. B. Strömungen kompressibler Gase bei niedrigen Drücken, nichtnewtonsche Strömungen (z. B. Blutfluss) sowie laminare Strömung und Kriechströmung, die typischerweise in Lab-on-a-Chip-Systemen auftreten, simulieren.

Mit Anwendungsmodi können auch zweiphasigen Strömungssimulationen umgesetzt werden. Dafür werden Level Set, Phase Field oder bewegliche Netze verwendet. Es werden eine Vielzahl wichtiger Effekte, wie z. B. Kräfte durch Oberflächenspannungen, Kapillarkräfte und Marangoni-Effekte, berücksichtigt.

Mit den Strömungssimulationswerkzeugen können gekoppelte elektrokinetische und magnetodynamische Simulationen einfacher erstellt werden, wie z. B. bei der Elektrophorese, Magnetophorese, Dielektrophorese, Elektroosmose und Electrowetting. Diese Effekte können einzeln oder in Kombination sowohl für existierende als auch für neue passive Displaytechnologien genutzt werden, um deren grundlegende Funktionen abzubilden.

Eingabemaske für molekulare Strömung

Das Microfluidics Modul bietet eine neue Eingabemaske für molekulare Strömung, die die schnelle Winkelkoeffizientenmethode (fast angular coefficient method) verwendet und Simulationen ermöglicht, bei denen die molekulare mittlere freie Weglänge wesentlich länger als die geometrischen Dimensionen ist. In Kombination mit den LiveLink-Schnittstellen von Comsol für Industriestandard-CAD-Pakete ist dieses Werkzeug beim Design von Vakuumsystemen unbezahlbar, da es schnelle Parameterstudien der Kammergeometrien und Pumpenkonfigurationen ermöglicht. (jus)

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