大声流动多物理学问题：微颗粒的声学

2013年3月7日

使用声波操纵颗粒（例如细胞）的悬浮液启发了许多研究人员的工作，为超声波流动学领域铺平了道路。该操作是通过多种方式实现的，包括使用散装的声波（BAW）和表面声波（SAW）以及声辐射力和声流引起的阻力。后两种结合以产生悬浮颗粒的声学运动；IE。，通过声音移动，这些方法为活细胞的无标签操纵提供了手段，并且成本也低。这要归功于实验室芯片和MEMS设备的微型制造以及超声传感器的低成本。

微颗粒声音的数值研究

辐射力直接作用于颗粒上，并在声场散布在颗粒上时发生动量转移（该力取决于粒子和悬浮液之间的机械性能的对比度）。流媒体引起的阻力发生是因为声场与流体相互作用并产生固定的散装流量。这两种效果都是非线性的，并且比例不同（请参阅下图结果的差异）。这些过程是建模并包括在我与我的前博士学位论文主管H. Bruus教授H. Bruus和他的两188金宝搏优惠名博士学位学生P. B. Muller和R. Barnkob共同编写的Comsol多物理模拟中。由声辐射力和流诱导的阻力驱动的微颗粒声学的数值研究“，在筹码上的实验室12，4617–4627，（2012）。H. Bruus教授的小组研究了微尺尺度（微流体）流体流动的理论方面，其中的一个子集是Acoustofluidics。

真正的多物理问题是Comsol的理想选择188金宝搏优惠

当我们开始研究如何解决合并的辐射和流问题时，我想到这是在COMSOL中作为真正的多物理问题解决的理想问题。188金宝搏优惠通过使用来自的功能来解决问题声学，，，，CFD，和粒子跟踪模块。

声学问题大致解决如下：

首先，使用热声接口。由于我们需要详细建模和解决薄的声学边界层，因此显式地包括粘度和热传导至关重要。正是在这个微米厚的层中，某些非线性效应最强。这热声接口为可压缩流体求解线性化的Navier-Stokes，连续性和能量方程。

其次，（一阶）声场的产品用作源术语单相流界面。从方程式出现了两个来源：一个来源对应于体积力，另一个对应于质量来源。

最后，粒子跟踪界面用于跟踪和建模颗粒的运动。在这里，我们包括声学辐射力（源自声场）和从流诱导的背景流中的粘性阻力。

我们的微颗粒声植物论文清楚地展示了如何使用comsol来解决和求助几乎所有由部分微分方程描述的物理现象和普通微分方程的系统。188金宝搏优惠COMSOL的开放性（非黑色框）使我们能够编辑和修改现有物理，以适合此188金宝搏优惠高级应用程序的方程式。对于任何解决非标准问题的研究人员来说，188金宝搏优惠这显然使Comsol成为理想的选择。

图（单击图像进行动画）：在360 µm x 160 µm微通道横截面中水中聚苯乙烯颗粒的运动。小的0.5 µm直径的颗粒由流动诱导的阻力（顶部）和大于5 µm的直径颗粒控制，其中运动受声辐射力（底部）控制。