专栏名称: 中科幻彩一科学可视化大师

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COMSOL模拟仿真在高分文章中的运用：流体及传质传热力学&光电专题

中科幻彩一科学可视化大师 · 公众号 · · 2020-11-01 22:15

正文

中科幻彩有限元模拟专题培训

流体及传质传热力学仿真

光电领域多物理场仿真

流体、传质传热力学仿真培训

2020年12月19-20日

北京·中科院物理所

光电领域多物理场仿真培训

2020年12月26-27日

北京·中科院物理所

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课程概要

流体仿真、光电仿真是当下应用广泛的科研技能。我们能看到目前发表在高档次期刊上的许多文章都在文章中加入了仿真模拟部分，充分发挥仿真模拟的优势能够极大地帮助我们的研究工作。本司课程专门针对科研学术领域，就流体及传质传热力学仿真和光电领域多物理场仿真两个方向开展专题培训，切实解决相关科研领域的仿真问题。

流体及传质传热力学仿真专题培训

主要讲解流体，以及和流体仿真相关的传质、传热、结构力学多物理场仿真，并专门选取微流体相关领域的热点问题进行讲解。

光电领域多物理场仿真专题培训

主要讲解光电材料，以及和光电器件仿真相关的天线、波导和散射等多物理场仿真，并专门选取光子学相关领域的热点问题进行讲解。

课程从入门级内容开始，有无基础的学员均可参加培训。我们为学员提供 仿真模拟软件 COMSOL Multiphysics 软件使用的全面详细讲解，，循序渐进地讲解数值仿真中的模型分析方法，以及建模操作流程，让学员全面掌握整个建模流程。

通过培训您将学到以下内容：

流体及传质传热力学仿真专题培训

1）COMSOL多物理场仿真的基本建模方法和多物理场耦合模型分析；

2）微流控器件中的流场计算；

3）流体中的传质传热及化学反应模拟；

4）流体中的颗粒运动模拟，实现细胞的分离和筛选；

5）多相流，流体亲疏水浸润性行为，液滴行为模拟，Marangoni 效应模拟；

6）固体力学及流体-结构力学耦合模拟。

光电领域多物理场仿真专题培训

1）COMSOL多物理场仿真的基本建模方法和多物理场耦合模型分析；

2）硅波导器件的仿真计算；

3）光子晶体能带计算和散射体的散射等计算；

4）等离子体光栅结构和超构材料设计(透射反射和吸收以及S参数计算)；

5）非线性材料中电磁波传播；

6）交叉领域中光学仿真(包含光催化领域和生物光子器件等);

7）学员感兴趣的其他光电领域计算。

课程内容详解

流体及传质传热力学仿真专题培训

●

COMSOL多物理场仿真的基本建模方法

1.1

几何建模的 方法

与技巧

1.2

优化网格划分的

方法与技巧

1.3

结果后处理与复杂

图表绘制

1.4

多物理场耦合的

方法与技巧

1.5

用函数、变量与自定义方程模拟复杂问题

●

微流控器件中的流场计算

2.1

薄片混合器中的

流场

●

流体中的传质传热及化学反应模拟

3.1

微流体通道中物质

混合模拟

3.2

化学反应浓度

分布模拟

3.3

水的蒸发冷却

●

流体中的颗粒运动模拟，实现细胞的分离和筛选

4.1

通过介电泳分离

不同大小的细胞

●

多相流，流体亲疏水浸润性行为，液滴行为模拟

5.1

相场法模拟液滴撞击超疏水表面

5.2

亲水液面蒸发传热多物理场仿真

5.3

动网格法模拟

液滴运动

5.4

T型管利用两种不互溶液体来产生各种大小的微液滴

5.5

电浸润

5.6

马兰格尼效应

*马兰格尼（Marangoni）效应是液体表面张力梯度引起的流体运动，上图为液滴蒸发过程中的马兰格尼效应。

●

固体力学及流体-结构力学耦合模拟

6.1

流体冲击下

薄板形变

光电领域多物理场仿真专题培训

●

COMSOL多物理场仿真的基本建模方法

1.1

几何建模的 方法

与技巧

1.2

优化网格划分的

方法与技巧

1.3

结果后处理与复杂

图表绘制

1.4

多物理场耦合的

方法与技巧

1.5

用函数、变量与自定义方程模拟复杂问题

●

波导器件的模式计算

2.1

波导模式分布

2.2

波导的场传播分布

●

光子晶体能带计算和散射体的散射等计算

3.1

光子晶体电磁传输和光子能带计算

3.2

散射体

电磁场 模拟

●

等离子体光栅和超构材料设计

4.1

等离子体光栅

4.2

定向超构材料设计实现频率选择

●

非线性材料中电磁波传播

5.1

自聚焦效应

●

交叉领域光子学仿真(包含光催化领域和生物光子学器件等)

6.1

生物光子传感器件

高档期刊实战案例

流体及传质传热力学仿真高档期刊实战案例

COMSOL在多物理场领域有先天优势，涉及电磁领域、流体力学、化学工程、热传递等领域，其中流体仿真是一项重要的科研技能。我们能看到目前发表在高档次期刊上的流体领域文章几乎都加入了仿真模拟来提升研究工作的高度。

Nature communications 2013, 4,1826.

使用顺序微结构的流场控制

从各个方面来看，控制流体流动形状都很重要：从工业加工到控制生物分子相互作用。之前控制流体的方法主要集中在产生混沌流以增强混合。在这里，作者应用顺序微结构的方法开发了一种使用流体变换序列，而不是增强混沌。

图仿真模拟计算有微结构的通道中的流场

Nature communications 2020, 11, 2190.

虚拟流体通道中的高通量细胞和球体力学

图微流控芯片内部的虚拟流体通道和数值模拟

Nature communications 11, 4405 (2020).

可编程皮肤微流体阀系统，用于可穿戴生物流体管理和生物标志物分析

图流量不失真的生物标志物的COMSOL仿真分析

Sci. Adv. 2019;5: eaaw7757

通过印刷工艺提高共轭高分子电荷传输性能

文章从理论上提出了有机高分子溶液在印刷涂布过程中的流动机理，认为流动抑制了一种易溶的螺旋的中间相，导致了这种形貌的转变。

图有机高分子溶液在印刷涂布过程中的流动机理COMSOL模拟

Nature 574, 228–232 (2019).

微流体中的自聚集流用于脉冲状输送试剂

通过对扩散、对流和毛细作用的综合考虑，设计了一种独特的微流体结构，来实现试剂溶解但不相互混合的功能。

图微通道中自结合的描述和仿真模拟。

光电领域多物理场仿真高档期刊实战案例

COMSOL在多物理场领域有先天优势，涉及电磁领域、流体力学、化学工程、热传递等领域。其中在电磁领域应用特别广泛，从普通电容器到高端的5G信号仿真，都能给出精确的数值解以及电磁分布，计算能力非常强大。COMSOL中电磁领域主要有AC/DC模块(静电场),RF和波动光学模块（时域电场）等，这些模块在科研方面的举例如下面（只列出部分供参考）

Nature 2016, 537(7620): 382.

各种静电场分布,如电池领域\化学反应领域