Prodotto:Particle Tracing Module
Prodotto:Particle Tracing Module
Analizza il comportamento delle particelle con il 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


Altre immagini:



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.
Particelle cariche in campi elettrici e magnetici
Le particelle cariche, come elettroni, singoli ioni o piccoli cluster di ioni, sono influenzate da tre forze primarie quando si muovono in uno sistema dove sono presenti campi elettrici e magnetici:
- La forza elettrica, che aumenta in virtù di un gradiente nel potenziale elettrico o di un potenziale vettore magnetico variabile nel tempo. Le particelle a carica negativa si muovono in direzione opposta al campo elettrico mentre le particelle a carica positiva si muovono nella stessa direzione del campo elettrico. La forza elettrica agisce su queste particelle.
- La forza magnetica, che non fa lavoro sulle particelle cariche, ma che ne può alterare sensibilmente la traiettoria. La forza magnetica produce spesso orbite circolari per le particelle cariche, inducendole a orbitare intorno a linee di campo magnetico con una distanza proporzionale alla loro massa.
- Le forze collisionali, che si verificano quando le particelle cariche si scontrano con un gas di fondo. Più alta è la pressione di fondo, più intense sono le forze collisionali.
Se la densità delle specie cariche è inferiore a circa 1013 particelle per m3, si può trascurare l'effetto delle particelle sui campi, per calcolare i campi indipendentemente dalle traiettorie delle particelle. I campi vengono quindi utilizzati per calcolare le forze elettriche, magnetiche e collisionali sulle particelle. Il fatto che le traiettorie delle particelle possano essere calcolate in uno studio specifico a se stante permette di utilizzare solutori iterativi efficienti ed economici in termini di risorse computazionali.
Soluzioni di tracciamento particellare
Per ogni particella, viene risolta un'equazione differenziale ordinaria per ogni componente del vettore posizione. Ciò significa che per ogni particella sono risolte tre equazioni differenziali ordinarie in 3D e due in 2D. A ogni passo temporale, le forze che agiscono su ciascuna particella sono interrogate dai campi calcolati nella posizione effettiva della particella. Se il modello include le forze di interazione particella-particella, queste sono aggiunte alla forza totale. La posizione della particella viene quindi aggiornata e il processo si ripete fino a raggiungere il tempo di fine specificato per la simulazione. Poiché il Particle Tracing Module utilizza una formulazione molto generale per calcolare le traiettorie particellari, si possono utilizzare le interfacce Tracciamento particellare per modellare il moto di particelle cariche in campi elettromagnetici, il movimento planetario e galattico su vasta scala e il moto di particelle in sistemi fluidi a flusso bifase, laminare e turbolento.
Studio del tracciamento particellare in un fluido
Il moto di particelle di dimensioni microscopiche e macroscopiche è generalmente dominato dalla forza di trascinamento che agisce su tali particelle immerse in un fluido. Il sistema prevede due fasi: una fase discreta costituita da bolle, particelle o goccioline e una fase continua, in cui le particelle sono immerse. Affinché l'approccio di tracciamento particellare sia valido, il sistema deve avere un flusso disperso o diluito. Ciò significa che la frazione di volume della fase discreta deve essere molto più piccola rispetto alla frazione di volume della fase continua (generalmente meno dell'1%). Quando la frazione di volume delle particelle non è piccola, il sistema fluido è classificato come flusso denso e richiederà l'adozione di un approccio di modellazione diverso. Con le impostazioni standard dell'approccio di tracciamento particellare le particelle non spostano il fluido che occupano:
In un flusso di tipo disperso, la fase continua interessa il moto delle particelle, ma non viceversa. Questo fenomeno è spesso definito "accoppiamento unidirezionale". Quando si modella un sistema di questo genere, è solitamente più efficiente risolvere anzitutto la fase continua, quindi calcolare le traiettorie delle fasi disperse.
In un flusso di tipo diluito, la fase continua interessa il moto delle particelle e questo, a sua volta, disturba la fase continua. Questo fenomeno è spesso definito "accoppiamento bidirezionale". Per modellare questo effetto, si deve calcolare la fase continua contemporaneamente alla fase dispersa. Pertanto, la domanda di risorse computazionali è molto più alta per la modellazione di flussi diluiti rispetto ai flussi dispersi.
Particle Tracing Module
Caratteristiche del Prodotto
- Interfaccia Charged Partice Tracing, per modellare le traiettorie di ioni ed elettroni in campi magnetici ed elettrici che possono includere collisioni elastiche con un gas di background
- Interfaccia Particle Tracing for Fluid Flow, per modellare il movimento di particelle microscopiche e macroscopiche in un fluido
- Interfaccia Mathematical Particle Tracing, che offre completa libertà sulle equazioni da risolvere
- Formulazioni Massless, Newtoniana, Lagrangiana, e Hamiltoniana
- Forze predefinite per facilitare il set-up del modello:
- Elettriche
- Magnetiche
- Collisionali
- Di portanza
- Di trascinamento
- Browniane
- Termoforetiche
- Gravitazionali
- Acustoforetiche
- Dielettroforetiche
- Magnetoforetiche
- Forze definite dall'utente
- Interazioni particella-campo
- Interazioni particella-particella
- Reinizializzazione del vettore velocità della particella basato su un'espressione logica, che permette l'utilizzo del metodo Monte Carlo per scopi generali
- Meccanismo di rilascio delle particele
- Mesh-based, dove un numero specifico di particelle è rilasciato in ogni elemento di mesh
- Distribuzione uniforme sulle boundary
- Expression based, che permette alle particelle di avere maggiore densità in certe zone
- A griglia
- Postprocessing
- Grafici delle traiettorie delle particelle (linee, tubi, punti e code di cometa)
- Traiettorie colorate con espressioni arbitrarie
- Filtri sulle particelle da rappresentare in grafici
- Animazioni
- Mappe e sezioni di Poincaré
- Ritratti di fase
- Calcolo di massimi, minimi, medie e integrali sull'insieme delle particelle
- Scrittura di dati delle particelle su tabelle
- Esportazione dei dati delle paticelle
- Istogrammi 1D e 2D
- Probabilità di trasmissione
Campi di Utilizzo
- Spettrometria di massa
- Fisica dei fasci
- Moti Browniani
- Ottica ionica
- Spettrometria di mobilità ionica
- Visualizzazione di flussi
- Spray
- Aerosol dynamics
- Mixer
- Emissione secondaria
- Separazione e filtraggio
- Visualizzazione della funzione di distribuzione dell'energia ionica
- Acustoforesi
- Meccanica classica
Dielectrophoretic Separation of Platelets from Red Blood Cells
Dielectrophoresis (DEP) occurs when a force is exerted on a dielectric particle as it is subjected to a nonuniform electric field. DEP has many applications in the field of biomedical devices used for biosensors, diagnostics, particle manipulation and filtration (sorting), particle assembly, and more. The DEP force is sensitive to the size, ...
Particle Trajectories in a Laminar Static Mixer
In static mixers, also called motionless or in-line mixers, a fluid is pumped through a pipe containing stationary blades. This mixing technique is particularly well suited for laminar flow mixing because it generates only small pressure losses in this flow regime. This example studies the flow in a twisted-blade static mixer. It evaluates the ...
Molecular Flow Through an RF Coupler
This model computes the transmission probability through an RF coupler using both the angular coefficient method available in the Free Molecular Flow interface and a Monte Carlo method using the Mathematical Particle Tracing interface. The computed transmission probability determined by the two methods is in excellent agreement with less than a ...
Laminar Static Particle Mixer Designer
In static mixers, a fluid is pumped through a pipe containing stationary mixing blades. This mixing technique is well suited for laminar flow mixing, because it generates only small pressure losses in this flow regime. When a fluid is pumped through the channel, the alternating directions of the cross-sectional blades mix the fluid as it passes ...
Charge Exchange Cell Simulator
A charge exchange cell consists of a region of gas at an elevated pressure within a vacuum chamber. When an ion beam interacts with the higher-density gas, the ions undergo charge exchange reactions with the gas, creating energetic neutral particles. It is likely that only a fraction of the beam ions will undergo charge exchange reactions. ...
Einzel Lens
An Einzel lens is an electrostatic device used for focusing charged particle beams. It may be found in cathode ray tubes, ion beam and electron beam experiments, and ion propulsion systems. This particular model consists of three axially aligned cylinders. The outer cylinders are grounded, while the cylinder in the middle is held at a fixed ...
Electron Beam Divergence Due to Self Potential
When modeling the propagation of charged particle beams at high currents, the space charge force generated by the beam significantly affects the trajectories of the charged particles. Perturbations to these trajectories, in turn, affect the space charge distribution. The Charged Particle Tracing interface can use an iterative procedure to ...
Ion Cyclotron Motion
This model computes the trajectory of an ion in a uniform magnetic field using the Newtonian, Lagrangian and Hamiltonian formulations available in the Mathematical Particle Tracing interface.
Brownian Motion
Transport which is purely diffusive in nature can be modeled using a Brownian force. This model shows how to add such a force in the Particle Tracing for Fluid Flow physics interface. Particle diffusion in a fluid is modeled with the diffusion equation and the Particle Tracing for Fluid flow interfaces and the results are compared.
Ideal Cloak
This model demonstrates the use of optical tracing for studying optically large gradient-index structures with anisotropic optical properties. Additionally, the model introduces a smoothing technique for handling discontinuities of refractive index on curved surfaces, which are typical in conventional optical devices such as lenses.
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