Particle Tracing Module

Analyze the Behavior of Particles with the Particle Tracing Module

Le particelle sono iniettate in una camera CVD con un sistema di ugelli il cui spruzzo genera un cono di angolo 15 gradi. Inizialmente esse hanno abbastanza inerzia da seguire la traiettoria originale, poi prevale la forza di trascinamento e le particelle iniziano a seguire il gas in cui sono immerse verso l'apertura di scarico.

Ampliare le funzionalità dell'ambiente COMSOL con il Particle Tracing

Il Particle Tracing Module amplia le funzionalità dell'ambiente COMSOL e permette di calcolare la traiettoria delle particelle in un fluido o in un campo elettromagnetico, includendo interazioni particella-particella e particella-campo. Qualsiasi modulo per applicazioni specifiche può essere combinato perfettamente al Particle Tracing Module per calcolare i campi che determinano il moto particellare. Le particelle possono avere o non avere massa. Il movimento è disciplinato dalla formulazione newtoniana, lagrangiana o hamiltoniana della meccanica classica. Si possono inoltre imporre condizioni al contorno alle particelle sulle pareti della geometria, per consentire loro di fermarsi, aderire, rimbalzare, scomparire o riflettersi diffusamente. È anche possibile definire condizioni di parete personalizzate, dove la velocità delle particelle dopo la collisione è solitamente una funzione della velocità delle particelle prima della stessa e del vettore normale alla parete. Si possono includere particelle secondarie rilasciate quando una particella colpisce la parete. Il numero di particelle secondarie e la funzione di distribuzione della loro velocità possono essere funzioni della velocità delle particelle incidenti e della geometria della parete. Le particelle possono anche aderire alla parete secondo un'espressione arbitraria o una probabilità di adesione. Si possono aggiungere al modello altre variabili dipendenti per calcolare quantità come la massa delle particelle, la temperatura o lo spin.

Le particelle possono essere rilasciate su contorni e domini in modo uniforme, in base alla mesh sottostante, secondo una griglia definita oppure in base a un'espressione arbitraria. È disponibile una vasta gamma di forze predefinite per descrivere nei dettagli l'interazione delle particelle con i campi. A queste, si possono aggiungere forze arbitrarie definite mediante un'espressione adatta. È anche possibile modellare l'interazione bidirezionale tra le particelle e i campi (interazione particella-campo) e l'interazione reciproca tra le particelle (interazione particella-particella).

Animazioni

I miscelatori statici, anche denominati miscelatori immobili o in linea, sono condotti contenenti palette fisse per miscelare i fluidi pompati al loro interno. Questo tipo di tecnica è ideale per la miscelazione su flusso laminare, poiché si hanno piccole perdite di carico in questo regime di flusso. L'esempio illustrato studia il flusso in un miscelatore statico a palette ritorte. Le prestazioni di miscelazione sono valutate calcolando le traiettorie delle particelle trasportate attraverso il miscelatore. Il modello utilizza le interfacce Flusso laminare e Tracciamento particelle trascinate dai fluidi.

Questo modello simula la miscelazione delle particelle in un micromiscelatore rotante munito di tre distinti ingressi e di una uscita. L'interfaccia Macchine rotanti viene utilizzata per modellare il flusso del fluido e l'interfaccia Tracciamento particellare per flussi calcola le traiettorie delle particelle.

Particelle solide trasportate da un fluido attraverso un tubo a gomito. L’inerzia delle particelle e la dispersione turbolenta nel flusso possono urtare le pareti del tubo. In questo modello viene calcolato il livello di usura erosiva sulle pareti del tubo.

Altre immagini:

Un microscopio elettronico a scansione campiona le immagini analizzando un bersaglio con un fascio di elettroni ad alta energia. Le successive interazioni tra gli elettroni producono segnali come elettroni secondari e retrodiffusi che contengono le informazioni sulla topografia superficiale del campione. Le lenti elettromagnetiche sono utilizzate per focalizzare il fascio di elettroni in un punto di circa 10 nm sulla superficie del campione. Questo modello richiede sia il Particle Tracing Module sia l'AC/DC Module.

Il componente principale di uno spettrometro di massa a quadrupolo è il filtro di massa utilizzato per filtrare ioni aventi rapporti diversi di carica-massa. Il filtro di massa quadrupolare è stato oggetto di molti studi nel corso degli anni e pertanto ne sono ben noti i fenomeni fisici e le caratteristiche per una progettazione ottimale. In uno vero spettrometro di massa a quadrupolo, si verificano effetti di aberrazione in corrispondenza dell'ingresso e dell'uscita del filtro di massa, che possono svolgere un ruolo importante per determinare la probabilità di trasmissione di uno specifico ione attraverso il filtro di massa. Questo modello calcola le traiettorie dello ione in uno spettrometro di massa a quadrupolo, compresi gli effetti di aberrazione.

Traiettorie di protoni nel campo magnetico terrestre. A seconda dell’intervallo di tempo preso in esame si possono osservare tre tipi di movimenti oscillatori. Nel lasso di tempo più breve, i protoni seguono un percorso elicoidale intorno alle linee dal campo magnetico terrestre. Sull’intervallo di tempo medio, questi percorsi elicoidali oscillano tra i poli magnetici nord e sud, mentre il protone si avvicina alla latitudine conosciuta come mirror point, che è una funzione dell’angolo di inclinazione equatoriale. Sul periodo più lungo, queste traiettorie oscillanti effettuano una precessione intorno alla Terra da est a ovest, a causa delle asimmetrie nella forza magnetica.

Potenti strumenti di elaborazione

I potenti strumenti di elaborazione del Particle Tracing Module offrono mezzi sofisticati per la visualizzazione delle traiettorie particellari calcolate. Le traiettorie delle particelle possono essere rappresentate con punti, code di cometa, linee o tubi. È anche facile creare animazioni da visualizzare direttamente nell'interfaccia grafica utente (GUI) o da esportare in un file. Le traiettorie delle particelle possono essere colorate con espressioni arbitrarie che possono dipendere dalle particelle, dai campi o da una loro combinazione. Nei casi in cui si simula la traiettoria di molte particelle, è possibile escludere specifiche traiettorie secondo un'espressione logica. Il comportamento del gruppo di particelle può essere proiettato su una dimensione inferiore e visualizzato utilizzando le mappe di Poincaré o i ritratti di fase (phase portrait). È inoltre possibile eseguire operazioni sulle particelle per calcolare e tracciare il valore massimo, minimo, medio o integrale di una determinata quantità per tutte le particelle. Anche i dati stessi di traiettoria delle particelle possono essere valutati e scritti nella tabella risultati o esportati in un file. Si può visualizzare facilmente le distribuzioni di energia e velocità delle particelle mediante istogrammi 1D o 2D.