基准模型显示了惯性聚焦分析的可靠结果

惯性聚焦是针对各种应用，尤其是在医疗领域内的有用技术。确保其有效性需要准确描述颗粒流过通道时的迁移。ComsolMultiphysics®软件的5.3版为您提供了生成可靠结果的工具，这些结果与惯性聚焦的实验数据一致。我们的新基准模型突出了这些功能。

惯性聚焦的力量

在1960年代，G。Segré和A. Silberberg观察到了令人惊讶的效果：当通过层流管流动时，中性浮力的颗粒聚集在带环状的结构中，半径约为管道半径的0.6倍。这与距离流通道宽度的0.2倍的平行壁的距离相关。这种行为的原因，正如他们几十年后发现的那样，可以追溯到在惯性流中作用于粒子的力。

今天，我们使用术语惯性聚焦来描述粒子向平衡位置的迁移。该技术被广泛使用临床和护理点诊断作为浓缩和分离不同大小的颗粒的一种方式，以进行进一步的分析和测试。

许多类型的医学诊断方法将惯性聚焦用于测试和分析。在公共领域中的图像，通过Wikimedia Commons。

为了使惯性聚焦在这些应用和其他应用中有效，准确分析粒子的迁移模式是关键步骤。最新版本的COMSOL多物理学（版本5.3）的一个新基准示例突出显示了为什么Comsol®软件是获得可靠结果的正确工具。

准确地对惯性聚焦中粒子的迁移进行建模

在此示例中，我们考虑了2D Poiseuille流中的粒子轨迹。为了说明相关力，我们在两个平行壁的2D抛物线流中使用了从类似的粒子迁移的表达式（请参阅模型文档中的参考文献2）。升力和阻力力的内置校正使我们能够在模拟分析中解释这些墙壁的存在。

注意：举起和阻力构成作用在蠕动流中中性浮力颗粒上的总力。根据定义，重力和浮力相互取消。

我们假设升力力仅垂直于流体速度的方向。还假定，与通道的宽度相比，球形颗粒很小，并且它们在旋转方面是刚性的。

要计算速度字段，我们使用层流物理接口。然后将其耦合到粒子跟踪流体流动通过阻力力节点。非常感谢层流流入边界条件，我们可以自动计算入口边界处的完整速度轮廓。对于两个平行墙内的牛顿流体的层流流，众所周知，该轮廓将是抛物线。这意味着我们可以直接输入流体速度的分析表达式。但是，我们选择使用层流在这种情况下，物理接口，因为它演示了最适合一般几何形状的工作流程。

现在让我们继续进行结果。首先，我们可以查看通道中的流体速度幅度。如预期的那样，速度曲线是抛物线。请注意，几何形状的纵横比为1000：1，因此与高度相比，通道非常长。该图使用自动视图量表使结果更易于可视化。

抛物线流体速度轮廓在一个由两个平行壁绑定的通道内。

然后，我们可以将注意力转移到中性浮力颗粒的轨迹上。请注意，在下面的图中，颜色表达式表示y-mm/s中粒子速度的组分。结果表明，所有颗粒在通道中心的两侧约为0.3 d的距离接近平衡位置。（D表示通道的宽度）。但是，对于在通道中心附近释放的颗粒才能达到这些位置需要更长的时间。它们的初始力较弱，因为它们在速度梯度最小的区域释放。从图中，我们可以看到颗粒在高度的0.2和0.8倍的宽度宽度是通道的宽度。这些发现与实验观察表明了很好的一致性。

通道内部粒子的轨迹。

最后两个图显示了粒子和通道中心之间归一化距离的平均值和标准偏差。这些结果验证了距通道中心的平衡距离实际上约为0.3 D.

粒子和通道中心之间的归一化距离的平均（左）和标准偏差（右）。

为惯性焦点研究产生可靠的结果

为了有效地将惯性聚焦用于医疗和其他应用，您需要首先了解粒子通过通道迁移到平衡位置时的行为。使用ComsolMultiphysics®版本5.3，您可以执行这些研究并产生可靠的结果。对惯性聚焦的准确描述是分析和优化依赖该技术的设计的基础。

现在轮到你了！尝试我们的新基准模型：

有兴趣了解Comsol多物理学5.3版中的进一步更新吗？你可以在我们的5.3释放亮点。