COMSOL Multiphysics 在微流体与MEMS中的应用

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1、COMSOL2012中国区用户大会技术论坛MEMS与微流体专题中仿科技技术部2012年10月24日MEMS广泛应用各种传感器•加速度计、陀螺仪汽车安全、手机•压力传感胎压测试•温度传感•表面波传感……MEMS各种执行器•静电驱动器•热驱动器•电磁驱动器•压电驱动器各种换能器仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationMEMS微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）Micro：小尺度Electro：电磁现象Mechanical：移动、变形Systems：多种物理现象集成本质：微尺度、多物理场问题仿真智领创新Simulat

2、inginspiresinnovationMEMS典型问题•电-结构–静电驱动器执行器–压电效应–压阻效应•电-热-结构传感器–焦耳热–热膨胀–热-弹性阻尼•流固耦合换能器–流体粘度–杨氏模量、泊松比•电化学–电渗、电泳微流体–电化学反应•电-声-结构–罗伦兹力–声压分布仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics4.3a仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation压电效应静电—结构ModelLibrary>MEMSModule>PiezoelectricDevices>microgripper仿真智领创新Si

3、mulatinginspiresinnovation焦耳热•强耦合•材料属性变化–电导率–热传导系数电导率与温度的关系仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation热应力•热胀冷缩温度应变应力仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation散热系统设计温度空气流场仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation微流体•微观尺度流体的行为、控制及运用•微型系统设计PropertyLengthScalingVolumeL3少量流体/小型系统/快速工艺ViscousForcesL2层流或蠕动流InertialForcesL3(混合困难/慢

4、)Laplacepressure1/L两相流表面张力控制Capillaryforce1/LPermeabilityL2Darcy定律摩擦力控制(porousmedia)DiffusiontimescaleL2扩散慢（很难混合）Electricfield1/L电动力学Knudsennumber1/L稀薄效应仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation多相流移动界面,固定网格移动网格水平集相场仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation多相流移动界面，固定网格•在固定网格中求解•水平集–在Navier-Stokes方程基础上求解水平集方程–水平集方法

5、通常比相场方法表示更高精度的表面张力•相场–在Navier-Stokes方程基础上求解相场和相场助函数–相场通常比水平集更具有数值稳定性，可扩展到更多相，并与流固耦合应用的兼容性更好仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation多相流移动网格•使用ALE方法在移动网格上求解•界面尖锐，与初始几何结构相对应由于物理界面通常比网格薄，这种方法中得到更精确的界面描述尖锐的界面意味着可以在界面两侧计算其他物理场，例如在界面上添加化学迁移等网格持续变形，意味着不能求解很大拓扑结构变化的情形仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation流固耦合两相流&流固

6、耦合冰块落入水中仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电磁流体•电润湿•电渗•电泳•介电泳•磁流体•电热流电泳电渗仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation插齿型静电驱动器微米钳子（顶部）和梳状驱动机制(底部)0-600V驱动器的位移变化仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电容加速器•高灵敏度•温度影响小•低能耗•稳定性好PSGCollegeOfTechnology,Coimbatore仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCAPACITANCEgforce电容变化仿真智领创新

7、Simulatinginspiresinnovation压电驱动器•微型机器人•表皮，膝盖，大腿（压电驱动）•三明治结构压电晶体及驱动电极仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation电热驱动器•硅基微型机器人脚•关节，热膨胀系数•电致热变形仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation