纳米孔道中电渗流的Comsol仿真(3)
时间:2018-12-10 20:16 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
如果纵观整个物理学发展史，可以发现物理学的发展就是数学方法的发展，物理问题的研究一直和数学息息相关。数学方法的发展正在改变着我们认识这个世界的方式。今天数学方法已经十分丰富，于是人们已经可以联立偏微分方程组，从多物理场的角度重新认识这个世界[ ]。自然界广泛存在着四种物理场：位移场、电磁场、温度场和流场。多物理场就是上述物理场中的两个及两个以上同时存在并且互相影响，本课题中的多物理场是电场、流场和离子浓度场。体现在仿真研究方面就是描述各自场的偏微分方程之间存在某些变量的耦合[ ]。对一般复杂微流控系统的电渗流，大多采用数值分析[ ]。 1.2 COMSOL Multiphysics软件简介 大型高级数值仿真软件COMSOL Multiphysics为COMSOL公司其旗舰产品。COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。从3.2a的版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。COMSOL Multiphysics 的显著特点包括 (1)拥有积分建模环境。 (2)采用半分析方法：通过设定方程，COMSOL象征性地建立FEM矩阵，生成文件。 (3)与MATLAB完全匹配，用户可以自定义编程建模、计算和作后处理分析。 (4)对于大多数的建模问题，COMSOL Multiphysics在模型库中提供了与之相适应的实例模式。 (5)可以实现多物理场建模。 (6)创新性地改进了多物理场模拟-----可以将逻辑上完全不同的域和模型耦合起来同时求解。例如，由节点、连接、分散相、多尺度模型构成的网络[1]。 COMSOL Multiphysics中可供选择的模块有： AC/DC模块(AC/DC Module) 声学模块(Acoustics Module) CAD导入模块(CAD Import Module) 化学物质传输模块(Chemical Species Transport Module) 地球科学模块（Earth Science Module） 热传导模块(Heat Transfer Module) 流体流动模块（Fluid Flow Module） 材料库（Material Library） 微机电系统模块(MEMS Module) 光学模块（Optics Module） 数学模块（Mathematics Module） 半导体模块(Semiconductor Module) 射频模块（RF Module） 结构力学模块(Structural Mechanics Module) 等离子模块(Plasma Module) COMSOL脚本解释器(COMSOL SCRIPT) 反应工程实验室(Reaction Engineering LAB) 信号与系统实验室 (SIGNALS SYSTEMS LAB) 最优化实验室 (OPTIMIZATION LAB)[1] COMSOL Multiphysics的一般建模流程和分析步骤包括 （1）选择物理场——告诉软件分析问题中包含哪些物理现象 （2）CAD绘图——软件自带CAD绘图，导入CAD模型 （3）指定分析条件——指定材料、输入、输出选项 ——指定边界条件 （4）网格——结构化或非结构化网络 （5）求解——稳态、瞬态、特征频率、参数化扫描分析 ——直接、迭代求解器 （6）后处理——图像化显示关心位置的数值大小 ——对数据采集进行积分、通量、受力等函数计算 ——生成报告 1.3全文各章内容概要 本课题中采用COMSOL Multiphysics 4.4软件模拟一个具有有限双电层的带电圆柱纳米孔道中电渗流的离子浓度场和流体速度场。参考ELECTROROKINETIC PARTICLE TRANSPORT IN MICRO-/NANOFLUIDICS[ ]一书，熟悉COMSOL Multiphysics的软件环境和操作方法。 (责任编辑：qin) |