COMSOL Multiphysics 5.5_微泵机理.pdf

COMSOL Multiphysics 5.5 是一款强大的多物理场仿真软件，广泛应用于各种工程领域，包括微流体系统的设计和分析。在微泵机理的案例中，该软件被用来模拟无阀微泵的工作原理，这类泵特别适合低雷诺数条件下的应用，比如生物流体处理和微电子冷却。 无阀微泵的优势在于减少了堵塞的风险，同时对生物材料的损伤较小，因此在微流体系统中得到广泛应用。在COMSOL Multiphysics 5.5中，模型通过"流-固耦合"接口来解决流体流动与结构变形之间的相互作用问题。这个接口允许用户模拟流体和固体之间的交互，如在这个例子中，压电振荡器驱动的膜振动产生的流体振荡运动。 模型中，流体通过一个含有可弯曲小阀瓣的通道流动，这些阀瓣受到流体运动的影响而变形，从而改变流体的流向，产生单向的净流率。这种被动式的流量调节器消除了传统阀门系统中复杂的同步致动机制需求。"全局常微分和微分代数方程"接口被用来在整个泵送周期内积分流率，以计算从左向右的净流体积随时间变化的情况，增强了模型的功能。 模型的几何结构包括一个长600微米、高100微米的水平通道，中间连接一个垂直腔室，通道底部有两个45度倾斜的阀瓣。通过"入口"和"出口"边界特征，以及集成耦合组件，可以指定流入速度、计算流速并监测流量差，从而确定净流率。为了精确模拟，模型采用了高度细化的网格以解析阀瓣的弯曲应力。 在这个瞬态研究中，对2秒的周期进行模拟，这段时间对应于入口速度的两个完整周期。为了获得可靠的解决方案，可能需要调整默认的求解器设置。例如，可能需要增加时间步的精度，以更准确地捕捉流体和结构动态变化的过程。 这个COMSOL模型展示了如何利用多物理场接口和自定义方程来模拟微泵的工作机理，以及如何通过时间积分计算净流体积，为微流体系统的优化设计提供了有力工具。通过这种建模和仿真，工程师和研究人员能够深入理解微泵的性能，从而改进设计，满足特定应用的需求。