 |
جریان آکوستیک در مقطع میکروکانال
معرفی
پیشرفت‌های اخیر در ساخت سیستم‌های میکروسیال نیازمند مدیریت سلول‌های زنده و سایر ریزذرات است. یکی از امکان‌ها استفاده از آکوستیک و بهره‌برداری از نیروی تشعشع صوتی برای تمرکز ذرات و/یا جداسازی آنها بر اساس ویژگی‌های صوتی آنهاست. هنگام استفاده از آکوستیک در یک میکروکانال، یک جریان جریان صوتی ایجاد می شود و همچنین بر ذرات با نیروی کشش چسبناک تأثیر می گذارد. رجوع کنید به رفر. 1 .
مسیر ذرات توسط نیروی تابش صوتی و نیروی کشش چسبناک تعیین می شود. نیروی تابش صوتی اثری است که در آن تکانه از یک میدان صوتی به ذرات به دلیل شرایط غیر خطی در معادلات حاکم منتقل می شود. این منجر به نیروی خالصی می شود که بر ذرات اثر می گذارد – نیروی تابش صوتی.
با توجه به شرایط غیر خطی در معادلات ناویر-استوکس، اغتشاش هارمونیک جریان منجر به یک جریان میانگین زمان خالص به نام جریان آکوستیک می شود. جریان آکوستیک یک اثر آکوستیک درجه دوم (غیرخطی) است. جریان صوتی بر نیروی کشش چسبناک روی ذرات تأثیر می گذارد. مسیر ذرات در دستگاه ها توسط تعادل بین نیروی کشش چسبناک (از جریان جریان) و نیروی تابش صوتی کنترل می شود.
تلفاتی در میدان صوتی وجود دارد که منبع گرما تولید می کند. این می تواند تلفات اصطکاکی در لایه های مرزی چسبناک باشد که در آن انرژی صوتی به گرما تبدیل می شود، که می تواند منجر به گرم شدن یک سیستم میکروسیال شود.
این مدل از مقطع دوبعدی یک کانال میکروسیال است که می‌تواند برای مثال برای متمرکز کردن یا جداسازی ذرات در نمونه‌های سیال بیولوژیکی استفاده شود. این مدل مبتنی بر آکوستیک فشار است و از شرایط مرزی موثر (امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز یا شرط BLI) برای دربر گرفتن اثرات لایه‌های مرزی چسبناک استفاده می‌کند. رجوع کنید به رفر. 2 .
تعریف مدل
این مدل شامل یک حوزه سیال مستطیلی است که توسط دیوارهای ارتعاشی فعال می شود. شکل 1 را ببینید . فرض بر این است که جامد اطراف از نظر صوتی سخت است. این مدل ابتدا میدان صوتی را در یک مطالعه دامنه فرکانس محاسبه می‌کند. سپس فیلدهای مرتبه دوم با میانگین زمانی، جریان جریان صوتی و گرمایش آکوستیک در یک مطالعه ثابت . و در نهایت سیر ذرات در یک مطالعه وابسته به زمان .
میدان صوتی با آکوستیک فشار، دامنه فرکانس مدلسازی می‌شود و امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز برای محاسبه میرایی در لایه‌های مرزی نازک ویسکوز استفاده می‌شود.
شکل 1: هندسه مقطع 2 بعدی کانال میکروسیال.
جریان جریان آکوستیک با استفاده از جفت‌های چندفیزیکی کوپلینگ دامنه جریان صوتی و جفت مرزی جریان آکوستیک مدلسازی می‌شود، که از میدان آکوستیک شرایط منبع صوتی را برای رابط جریان سیال محاسبه و اعمال می‌کنند. اصطلاحات منبع شامل یک نیروی دامنه و یک سرعت لغزش در مرز است. سرعت لغزش شامل سهم لایه‌های مرزی چسبناک و حرارتی است.
گرمایش از میدان آکوستیک در درجه اول در لایه مرزی چسبناک رخ می دهد. گرمای تولید شده در لایه مرزی چسبناک به صورت تحلیلی محاسبه می شود (به عنوان یک متغیر از پیش تعریف شده وجود دارد) و به عنوان منبع حرارت لایه مرزی اعمال می شود. برای تقلید از یک تراشه سیلیکونی معمولی با درب شیشه ای، پایین و دو طرف مستطیل دارای دمای ثابت هستند (به دلیل اینکه سیلیکون رسانای گرمایی بسیار خوبی است)، در حالی که قسمت بالایی آن عایق حرارتی است (شیشه گرما را بسیار کمتر از سیلیکون منتقل می کند. ). بنابراین، دما در درب شیشه ای افزایش می یابد و یک گرادیان دما در سراسر کانال میکروسیال وجود خواهد داشت.
مسیرهای ذرات با استفاده از رابط ردیابی ذرات برای جریان سیال مدلسازی می‌شوند، که مسیر ذرات را بر اساس دو نیروی کمک‌کننده محاسبه می‌کند: نیروی تشعشع صوتی و نیروی کشش چسبناک. این دو نیرو به طور متفاوتی به اندازه ذرات بستگی دارند: برای ذرات کوچک نیروی کشش چسبناک غالب است. در حالی که نیروی تابش صوتی برای ذرات بزرگ غالب است. در بیشتر کاربردها، از نیروی تابش صوتی برای تمرکز ذرات استفاده می شود. بنابراین این امکان برای ذرات زیر اندازه ذره بحرانی وجود ندارد که به خواص ماده ذره بستگی دارد.
نتایج و بحث
این سیستم در فرکانس رزونانس f 0 = 1.9652 مگاهرتز برای تشدید نیمه موج افقی فعال می شود. این منجر به میدان صوتی در شکل 2 و چگالی انرژی صوتی می شود که برای این نوع دستگاه های میکروسیال معمولی است. میرایی اصلی در سیستم به دلیل تلفات در لایه های مرزی چسبناک است که بنابراین ضریب Q سیستم و عرض پیک رزونانس را تعیین می کند. در یک تراشه میکروسیال واقعی همچنین میرایی قابل توجهی در مبدل پیزوالکتریک مورد استفاده برای فعال کردن سیستم و در لایه چسب وجود خواهد داشت. این می تواند اوج رزونانس را افزایش دهد و فرکانس رزونانس را کاهش دهد.
شکل 2: میدان فشار آکوستیک در کانال مستطیلی در تشدید نیم موج افقی.
شکل 3: جریان جریان صوتی در مقطع میکروکانال. مقیاس رنگ دامنه سرعت جریان سیال را نشان می دهد در حالی که خطوط جریان سیاه جهت میدان جریان را نشان می دهد. این استریم شامل چهار رول کلاسیک استریمینگ ریلی است.
شکل 3 جریان صوتی ناشی از میدان آکوستیک را نشان می دهد. نمودار رنگی دامنه میدان جریان را نشان می دهد و خطوط جریان سیاه جهت جریان سیال را نشان می دهد. جریان جریان، رول‌های جریان کلاسیک Rayleigh را تشکیل می‌دهد که برای جریان‌های مرزی معمول هستند. جریان ریلی توسط تنش ها و نیروها در لایه های مرزی چسبناک القا می شود. در این مدل، سهم لایه‌های مرزی چسبناک به عنوان سرعت لغزش اعمال می‌شود و بنابراین لازم نیست لایه‌های مرزی به صورت عددی حل شوند.
شکل 4: میدان دمایی ایجاد شده در اثر منبع حرارت آکوستیک در لایه های مرزی چسبناک. خطوط سفید نشان دهنده خطوط کانتور میدان دما است.
گرمایش از میدان صوتی باعث ایجاد گرادیان دما در سراسر میکروکانال می شود. افزایش دما در اثر میدان صوتی در شکل 4 نشان داده شده است . شرایط مرزی در میدان صوتی، امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز ، گرمای تولید شده در لایه مرزی چسبناک در متغیر acpr.tvb1.Q_tot را محاسبه می کند . این منبع حرارتی مرزی برای مدلسازی افزایش دما در کانال میکروسیال استفاده می‌شود. در این مثال، میدان صوتی منجر به افزایش دمای کمی از مرتبه mK می شود. افزایش دما در یک دستگاه میکروسیال واقعی به میدان صوتی و همچنین به خواص حرارتی جامد اطراف بستگی دارد.
شکل 5: موقعیت ذرات با شعاع a = 3 میکرومتر در یک مرحله زمانی خاص. رنگ ذرات نشان دهنده دامنه سرعت آنها و خطوط مسیر حرکت آنها است.
مسیر ذرات توسط نیروی تابش صوتی و نیروی کشش چسبناک تعیین می شود. در شکل 5 ، موقعیت ذرات پلی استایرن در زمان t = 0.1 ثانیه قابل مشاهده است. رنگ ذرات نشان دهنده دامنه سرعت و خطوط نشان دهنده مسیر ذرات است. در شکل 5، ذرات دارای شعاع a = 3 میکرومتر هستند و مسیر حرکت آنها تحت تسلط نیروی تابش صوتی متمرکز کننده ذرات در گره فشار است. برای ذرات پلی استایرن کوچکتر با شعاع a = 0.4 میکرومتر، مسیر ذرات در شکل 6 در t نشان داده شده است. = 3 ثانیه برای ذرات کوچک، نیروی کشش چسبناک غالب است. ذرات توسط جریان سیال کشیده می شوند و در گره های فشار متمرکز نمی شوند. سرعت ذرات کوچک مرتبه ای کوچکتر از سرعت ذرات بزرگ است.
شکل 6: موقعیت ذرات با شعاع a = 0.4 میکرومتر در یک گام زمانی. رنگ ذرات نشان دهنده دامنه سرعت آنها و خطوط مسیر حرکت آنها است.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
پیاده سازی بر اساس آکوستیک فشار است، به این معنی که لایه های مرزی چسبناک به صورت عددی حل نمی شوند. بنابراین، شرایط مرزی موثر برای نشان دادن تاثیر لایه های مرزی ( شرط امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز ) استفاده می شود. این برای میرایی میدان صوتی، سرعت لغزش برای جریان سیال و منبع حرارت مرزی برای گرمایش صوتی استفاده می شود. اینها همه عبارات تحلیلی هستند که زمانی معتبر هستند که ضخامت لایه مرزی چسبناک بسیار کوچکتر از طول موج صوتی و مقیاس های طول هندسی باشد. رجوع کنید به رفر. 2. برخی از عبارات تحلیلی به مشتقات در مرز بستگی دارد. بنابراین، یک عنصر مش لایه مرزی نازک برای بهبود دقت مشتق معمولی در مرز استفاده می شود.
منابع
1. PB Muller، R. Barnkob، MJ Herring Jensen، و H. Bruus، “مطالعه عددی آکوستوفورزیس ریز ذرات رانده شده توسط نیروهای تشعشع صوتی و نیروهای کشش ناشی از جریان”، آزمایشگاه. تراشه. ، جلد 12، صفحات 4617-4627، 2012.
2. JS Bach and H. Bruus، “نظریه آکوستیک فشار با لایه های مرزی چسبناک و جریان در حفره های الاستیک منحنی”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 144، شماره 2، صفحات 766-784، 2018.
مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Nonlinear_Acoustics/acoustic_streaming_microchannel_crosssection
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  2D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Acoustics>Acoustic Streaming>Acoustic Streaming را از Pressure Acoustics انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Fluids (ht) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Particle Tracing>Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) را انتخاب کنید . |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای برخی از رابط‌های فیزیکی > دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل acoustic_streaming_microchannel_cross_section_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، W را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، H را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
آکوستیک فشار 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) روی Pressure Acoustics 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی امپدانس لایه مرزی Thermoviscous Boundary Layer 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز ، قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد مایع ، آب، مایع (mat1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Mechanical Condition را پیدا کنید . از لیست شرایط مکانیکی ، سرعت را انتخاب کنید . |
5 | بردار v 0 را به صورت مشخص کنید |
d0*acpr.iomega | ایکس |
0 | y |
این سیستم توسط یک سرعت مرزی در شرایط مرزی امپدانس لایه مرزی ترموویسکوز فعال می شود .
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان آرام بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ref ، T0 را تایپ کنید . |
برای حل میدان جریان سیال روی مش درشت مورد استفاده برای آکوستیک، گسسته سازی را تغییر دهید.
4 | برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . از لیست گسسته سازی سیالات ، P2+P1 را انتخاب کنید . |
محدودیت نقطه فشار 1
در نوار ابزار فیزیک ، روی Points کلیک کنید و محدودیت نقطه فشار را انتخاب کنید .
Points کلیک کنید و محدودیت نقطه فشار را انتخاب کنید .خواص سیالات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Fluid Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های سیال ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، T0 را تایپ کنید . |
محدودیت نقطه فشار 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی محدودیت نقطه فشار 1 کلیک کنید . |
2 | فقط نقطه 2 را انتخاب کنید. |
انتقال حرارت در سیالات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transfer Heat in Fluids (ht) کلیک کنید .
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1، 2 و 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متنی T 0 ، T0 را تایپ کنید . |
منبع حرارت مرزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Boundary Heat Source را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع حرارت مرزی ، قسمت منبع حرارت مرزی را پیدا کنید . |
3 | از لیست Q b ، اتلاف توان حرارتی کل در لایه های مرزی (acpr/tvb1) را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
منبع حرارت مرزی acpr.tvb1.Q_tot منبع گرمایی از لایه‌های مرزی نازک صوتی است که به عنوان منبع حرارت مرزی اعمال می‌شود.
ردیابی ذرات برای جریان سیال (FPT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی ذرات برای جریان سیال ، بخش انتشار و انتشار ذرات را پیدا کنید . |
3 | از لیست فرمولاسیون ، نیوتنی را انتخاب کنید، اصطلاحات اینرسی را نادیده بگیرید . |
نیروی درگ 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Drag Force را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Drag Force ، بخش Drag Force را پیدا کنید . |
3 | از لیست u ، فیلد سرعت (spf) را انتخاب کنید . |
4 | بخش ورودی مدل را پیدا کنید . در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
5 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
نیروی تابشی آکوستوفورتیک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Acoustophoretic Radiation Force را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نیروی تابش آکوستوفورتیک ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت آکوستیک فیلدها را پیدا کنید . از لیست p ، فشار (acpr) را انتخاب کنید . |
6 | از لیست u ، سرعت آکوستیک کل (acpr/fpam1) را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Particle Material Properties را پیدا کنید . در قسمت متنی c p,p ، cp_p را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متنی cs,p، cs_p را تایپ کنید . |
خواص ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Properties ، قسمت Particle Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست ρ p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho_p را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن d p ، 2*a را تایپ کنید . |
انتشار از گرید 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Release from Grid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، بخش مختصات اولیه را پیدا کنید . |
3 |  روی X Range کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Range ، تعداد مقادیر را از لیست روش ورود انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن شروع ، 10[μm] را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن توقف ، W-10[µm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی Number of values عدد 10 را تایپ کنید . |
8 | روی Replace کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، بخش مختصات اولیه را پیدا کنید . |
10 |  روی Y Range کلیک کنید . |
11 | در کادر محاوره‌ای Range ، 10[μm] را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
12 | در قسمت متن توقف ، H-10[μm] را تایپ کنید . |
13 | از لیست روش ورود ، تعداد مقادیر را انتخاب کنید . |
14 | در قسمت متنی Number of values عدد 8 را تایپ کنید . |
15 | روی Replace کلیک کنید . |
مش 1
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Triangular کلیک کنید .
Free Triangular کلیک کنید .لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، برای گسترش بخش Transition کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی Smooth transition to interior mesh را پاک کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 1 را تایپ کنید . |
یک لایه مرزی منفرد مشتقات عادی دقیق را در مرز مورد استفاده برای جفت مرزی جریان صوتی تضمین می کند .
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1: میدان آکوستیک
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، مطالعه 1: فیلد آکوستیک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت مطالعه 1: فیلد صوتی ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Preset Studies for Some Physics Interfaces>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت Select Study ، Preset Studies for Some Physics Interfaces>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2: زمین های ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، مطالعه 2: فیلدهای ثابت را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت مطالعه 2: فیلدهای ثابت ، مرحله 1: ثابت را کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . |
3 | مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
4 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
5 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1: میدان صوتی ، دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
مطالعه 3: ردیابی ذرات
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 3: Particle Tracing را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جاروی پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
a (شعاع ذرات) | 0.4 3 | یکی |
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
تلورانس را به صورت دستی تنظیم کنید تا زمانی که ذرات در گره فشار هستند از برداشتن گام های زمانی کوچک جلوگیری کنید.
4 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-3 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.02,3) را تایپ کنید . |
6 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (acpr) | خودکار (دامنه فرکانس) | |
جریان آرام (spf) | اتوماتیک (ایستا) | |
انتقال حرارت در سیالات (ht) | اتوماتیک (ایستا) | |
ردیابی ذرات برای جریان سیال (fpt) | √ | خودکار (وابسته به زمان) |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کوپلینگ های چندفیزیکی | حل کنید برای | فرم معادله |
جفت دامنه جریان صوتی 1 (asdc1) | اتوماتیک (ایستا) | |
کوپلینگ مرزی جریان صوتی 1 (asbc1) | اتوماتیک (ایستا) |
8 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
9 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
10 | از لیست مطالعه ، مطالعه 2: فیلدهای ثابت ، ثابت را انتخاب کنید . |
مطالعه 1: میدان آکوستیک
در نوار ابزار مطالعه ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .مطالعه 2: زمین های ثابت
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
از منوی Home ، Add Predefined Plot را انتخاب کنید .
طرح از پیش تعریف شده را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Predefined Plot بروید . |
2 | در درخت، مطالعه 1: میدان صوتی /راه حل 1 (sol1)> آکوستیک فشار، دامنه فرکانس > فشار صوتی (acpr) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Plot در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | از منوی Home ، Add Predefined Plot را انتخاب کنید . |
نتایج
فشار صوتی (acpr)
در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید .
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Acoustic Pressure (acpr) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، acpr.p_t*i را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار فشار صوتی (acpr) ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
طرح از پیش تعریف شده را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Predefined Plot بروید . |
2 | در درخت، مطالعه 2: زمینه های ثابت /راه حل 2 (sol2)> جریان آرام> سرعت (spf) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Plot در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
نتایج
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Velocity (spf) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، میکرومتر/ثانیه را انتخاب کنید . |
سرعت (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، قسمت Color Legend را پیدا کنید . |
3 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
ساده 1
1 | روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Streamline را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش سبک Point را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
5 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . در قسمت متنی Separating distance ، 0.03 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
طرح از پیش تعریف شده را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Predefined Plot بروید . |
2 | در درخت، مطالعه 2: زمینه های ثابت /راه حل 2 (sol2)> انتقال حرارت در مایعات> دما (ht) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Plot در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
نتایج
دما (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی دما (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، قسمت Color Legend را پیدا کنید . |
3 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text T-T0 را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، mK را انتخاب کنید . |
کانتور 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature (ht) کلیک راست کرده و Contour را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text T-T0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 8 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
7 | تیک Color legend را پاک کنید . |
8 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
مطالعه 3: ردیابی ذرات
مرحله 1: وابسته به زمان
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
مسیر ذرات – بزرگ (fpt)
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، مسیر ذرات – بزرگ (fpt) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
2 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (ها) ، 0.1 را انتخاب کنید . |
مسیر ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Particle Trajectories – Large (fpt) را گسترش دهید ، سپس روی Particle Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مسیر ذرات ، بخش رنگ‌آمیزی و سبک را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست نوع ، خط را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Particle Trajectories – Large (fpt) روی  Plot کلیک کنید . |
مسیر ذرات – کوچک (fpt)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Trajectories – Large (fpt) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، مسیر ذرات – کوچک (fpt) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مقدار پارامتر (a (um)) ، 0.4 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 3 را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Particle Trajectories – Small (fpt) ، روی  Plot کلیک کنید . |
در نهایت، مطالعه وابسته به زمان مسیرهای ذرات را توسط یک انیمیشن تجسم کنید.
مسیر ذرات
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  انیمیشن کلیک کنید و Player را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات انیمیشن ، Particle Trajectories را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Scene را پیدا کنید . از لیست موضوع ، مسیر ذرات – بزرگ (fpt) را انتخاب کنید . |
