粒子追踪技术介绍.pdf

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1、COMSOLMultiphysics粒子追踪技术介绍中仿科技安琳(LynnAn)March26,2013仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation粒子追踪模块•COMSOLMultiphysics的功能模块•可与COMSOL任何专业模块联合使用仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics4.3a仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation粒子追踪计算•使用离散元技术求解•对有限元算法的有力补充•主要优势:–不存在数值稳

2、定性问题（有限元法在Peclet数较高的情况下收敛困难）–数学公式极为简洁–与连续算法相比，有很多特色，可以求解完全不同种类的问题质谱仪中正交四电极作用下带电粒子的运动轨迹。本例中粒子同时受到直流偏置电场和交流驱动电场的作用。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation主要应用•AC/DC电磁场分析使用Lagrangian公式–质谱仪分析计算的均匀外加磁场–束物理(beamphysics)和离子光学(ionoptics)作用下带电离子的螺–电子倍增旋运动轨迹•流动分析–流体流动可视化–喷雾–分离和过滤–

3、布朗运动和颗粒扩散•RF分析–平滑渐变材料中的光线追迹某感应耦合等离子体(不完备的几何光学模拟功能)放电过程中的离子能量角分布函数的直方•等离子体分析图。X轴代表离子轰击衬底的角度（以度–离子能量的角分布函数为单位），y轴表示•声学分析能量（以电子伏特为单位）。高度代表相–声致泳动力分析(Acoustophoreticforces)对计数。•通用数学–经典力学仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation物理应用模式•三大物理应用模式•数学粒子追踪–人工设定运动方程。–可使用无质量、牛顿、拉格朗日或者哈密

4、尔顿公式。–完全自由定义各种运动方程，比如可以计算光线追迹。•带电粒子追踪–模拟电场、磁场作用下离子或者电子的运动轨迹–内建电磁力、碰撞力的定义•流体流动粒子追踪–模拟流体中的宏观或微观粒子运动–内建拖拽力、重力、介电泳、声致泳动等作用力仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation带电粒子轨迹追踪•主要用于电磁场作用下电子和离子的运动轨迹•内建了主要的作用力定义（电场力、磁场力、弹性碰撞力）•通常，电磁场可利用AC/DC模块预先求解获得•粒子间的相互作用默认为库伦力作用某RF设备在指定频率下的由于二次电

5、子激发产生的电子倍增模拟仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation流体流动中的粒子追踪•用于模拟流体中的微观粒子的运动•内建了多种常用作用力•支持用户自定义作用力•边界上可考虑粒子粘连概率和二次发射•通常，流速场的分布可利用CFD模块或者微流体模块预先求解获得•支持定义粒子间的相互作用静态层流混合器中的颗粒运动轨迹仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation数学粒子追踪•用户可针对每一个粒子自定义运动方程，完全自由。•与COMSOL基于有限元算法的自定义PDE功能很相似•提供多

6、种离散元方法（公式），供用户自由选择，比如方法（公式）运动方程磁场作用下的带电粒子LagrangianHamiltonianNewtonianMasslessN/A仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation边界条件–冻结•Freeze(默认预设)–粒子碰到壁面上就冻结状态–粒子的速度在碰到壁面的瞬间被记录下来，该数值在接下来的所有时间步都自动被保持–此功能通常用于分析粒子在碰到某些壁面之后速度和能量分布–等离子体模块中用此功能来计算离子的能量分布(PIC)仿真智领创新Simulatinginspire

7、sinnovation边界条件–粘附•Stick–粒子碰到壁面就粘住了–碰撞的瞬间，以至于之后所有的时间步，粒子的速度都被统一设定为壁面的速度–此边界常用在分析流体中的粒子运动轨迹中仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation边界条件–反弹•Bounce–粒子在壁面发生反弹（全反射）–支持Newtonian,Lagrangian和Hamiltonian公式–对于Massless公式无此边界–动量守恒–常用于流体相关分析以及其他分析中的对称边界仿真智领创新Simulatinginspiresinnovat

8、ion边界条件–消失•Disappear–粒子从碰触的壁面退出求解域。–此边界常用作流体的出口，或者某些用户特殊的需要。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation边界条件–扩散反射•Diffusereflection–粒子在壁面上根据Knudsen’