Produto:Particle Tracing Module
Produto:Particle Tracing Module
Analise o Comportamento de Partículas com o Particle Tracing Module

As partículas são injetadas a partir de um sistema de injetores em uma reator CVD (deposição química de vapor) em um ângulo cônico de 15 graus. Inicialmente, elas têm inércia suficiente para seguir sua trajetória original, mas, ao final, a força de arrasto se sobressai e as partículas começam a seguir o gás para fora da porta de exaustão.
Amplie as Funcionalidades do COMSOL com Rastreamento de Partículas
O Particle Tracing Module amplia a funcionalidade do COMSOL Multiphysics em calcular a trajetória das partículas em um fluido ou campo eletromagnético, incluindo interações partícula-partícula, fluido-partícula e partícula-campo. Pode-se combinar perfeitamente qualquer módulo de aplicação específica com o Particle Tracing Module para calcular os campos que governam o movimento das partículas. As partículas podem ter massa ou não. O movimento é regido pela formulação Newtoniana, Lagrangiana ou Hamiltoniana da mecânica clássica. Condições de contorno podem ser impostas às partículas nas paredes da geometria para permitir que as partículas congelem, grudem, ricocheteiem, desapareçam ou reflitam difusamente. Condições de parede definidas pelo usuário também podem ser especificadas, onde a velocidade das partículas pós-colisão é, tipicamente, uma função da velocidade das partículas que chegam e do vetor normal à parede. Partículas secundárias liberadas quando uma partícula se choca contra uma parede podem ser incluídas. O número de partículas secundárias e a distribuição de suas velocidades podem ser funções da velocidade das partículas primárias e da geometria de parede. As partículas também podem grudar na parede de acordo com uma expressão arbitrária ou uma probabilidade de adesão. Outras variáveis dependentes podem ser adicionadas ao modelo, o que permite calcular quantidades como massa, temperatura ou rotação das partículas.
As partículas podem ser liberadas sobre contornos e domínios uniformemente, de acordo com a malha, conforme definido por uma grade ou de acordo com uma expressão personalizada. Uma ampla gama de forças predefinidas está disponível para descrever especificamente como as partículas interagem com os campos. Pode-se, então, adicionar forças arbitrárias definindo uma expressão adequada. Também é possível modelar a interação bilateral entre as partículas e os campos (interação partícula-campo), bem como a interação de partículas entre si (interação partícula-partícula).
Animações

Imagens adicionais:



Ferramentas de Processamento Poderosas
Ferramentas de processamento poderosas permitem uma sofisticada visualização da trajetória das partículas calculada. As trajetórias das partículas podem ser representadas por pontos, caudas de cometa, linhas ou tubos. Animações podem ser facilmente criadas e visualizadas diretamente na interface gráfica do usuário (GUI) ou exportadas para um arquivo. As trajetórias das partículas podem ser coloridas usando expressões arbitrárias que podem depender das partículas, dos campos ou de qualquer combinação dos dois. Nos casos onde as trajetórias de muitas partículas são simuladas, é possível filtrar a trajetória de partículas específicas de acordo com uma expressão lógica. O comportamento em grupo das partículas pode ser projetado em uma dimensão menor e visualizado usando mapas de Poincaré ou retratos de fase. Também é possível realizar operações sobre as partículas para calcular e plotar o valor máximo, mínimo, médio, ou total de alguma quantidade, considerando todas as partículas. Os dados de trajetória das partículas em si podem ser avaliados e escritos na tabela Resultados ou exportados para um arquivo. Pode-se visualizar convenientemente as distribuições de velocidade e energia das partículas usando histogramas 1D ou 2D.
Partículas Carregadas em Campos Elétricos e Magnéticos
Partículas carregadas, como elétrons, íons individuais ou pequenos aglomerados iônicos, são afetadas por três forças primárias em campos elétricos e magnéticos:
- A força elétrica, que resulta de um gradiente no potencial elétrico ou de um potencial vetorial magnético que varia com o tempo. As partículas com carga negativa movem-se no sentido oposto ao campo elétrico, e as partículas com carga positiva movem-se no mesmo sentido que o campo elétrico. A força elétrica executa trabalho sobre essas partículas.
- A força magnética não executa trabalho sobre as partículas carregadas, mas pode alterar significativamente a trajetória delas. As órbitas de partículas carregadas submetidas a força magnética frequentemente são em forma de "banana", elas orbitam em torno das linhas de campo magnético com uma distância proporcional à sua massa.
- Forças de colisão, que ocorrem quando partículas carregadas colidem contra um gás. Quanto maior a pressão do gás, mais relevantes são as forças de colisão.
Se a densidade numérica das espécies carregadas for menor que aproximadamente 1013 1/m3, o efeito das partículas sobre os campos pode ser negligenciado. Isso permite que você calcule os campos independentemente da trajetória das partículas. Os campos são então usados para computar as forças elétrica, magnética e de colisão sobre as partículas. O fato de que as trajetórias das partículas podem ser calculadas no seu próprio estudo permite que sejam usados solvers iterativos eficientes e que exigem poucos recursos computacionais.
Resolvendo o Rastreamento de Partículas
Para cada partícula, uma equação diferencial ordinária é resolvida para cada componente do vetor posição. Isso significa que três equações diferenciais ordinárias são resolvidas para cada partícula em 3D e duas em 2D. Em cada passo de tempo, as forças que atuam sobre cada partícula são obtidas a partir dos campos calculados na posição atual da partícula. Se as forças de interação partícula-partícula forem incluídas no modelo, elas são acrescidas à força total. A posição da partícula é então atualizada, e o processo se repete até chegar ao tempo final especificado para a simulação. Uma vez que o Particle Tracing Module usa uma fórmula bastante geral para calcular as trajetórias das partículas, as interfaces de Rastreamento de Partículas podem ser usadas para modelar o movimento de partículas carregadas em campos eletromagnéticos, movimentos planetários e galácticos de larga escala e o movimento de partículas em sistemas fluidos laminares, turbulentos e bifásicos.
Estudando o Rastreamento de Partículas em um Fluido
O movimento de partículas microscópicas e macroscópicas é tipicamente dominado pela força de arrasto que atua sobre as partículas submersas no fluido. Há duas fases no sistema: uma fase discreta, a qual consiste em bolhas, partículas ou gotículas e uma fase contínua, na qual as partículas são imersas. Para que a abordagem de rastreamento de partículas seja válida, o sistema deve ser um escoamento diluído ou disperso. Isso significa que a fração volumétrica da fase discreta deve ser muito menor que a da fase contínua (geralmente menor que 1%). Quando a fração volumétrica das partículas não é pequena, o sistema fluido é categorizado como um escoamento denso e será necessário adotar outra abordagem de modelagem. É importante entender que, com a abordagem de rastreamento de partículas, as partículas não deslocam o volume de fluido ocupado por elas.
Em um escoamento disperso, a fase contínua afeta o movimento das partículas, mas não o contrário. Isso é geralmente chamado de "acoplamento de uma via". Ao modelar um sistema assim, normalmente é mais eficiente resolver a fase contínua primeiro e, então, computar a trajetória das fases dispersas.
Em um escoamento diluído, a fase contínua afeta o movimento das partículas e o movimento das partículas, por sua vez, perturba a fase contínua. Normalmente isso é chamado de "acoplamento de duas vias". A fim de modelar esse efeito, deve-se calcular a fase contínua e a fase dispersa simultaneamente. Logo, a demanda computacional é significativamente maior para modelar escoamentos diluídos do que para modelar escoamentos dispersos.
Particle Tracing Module
Recursos do Produto
- Interface Charged Particle Tracing para modelar trajetórias de íons e eletros em campos eletricos e magnéticos incluindo colisões elásticas com um gás conhecido
- Particle Tracing para interface Fluid Flow para modelar o movimento de partículas microscópicas e macroscópicas em um fluido
- Interface Mathematical Particle Tracing, que oferece liberdade completa sobre as equações resolvidas
- formulações Massless, Newtonianas, Lagrangianas e Hamiltonianas
- Forças predefinidas para facilitar os set-ups nos modelos
- Elétrica
- Magnética
- Colisional
- Arraste
- Browniano
- Termoforese
- Gravidade
- Acustoforese
- Dieletroforese
- Magnetoforese
- Forças definidas pelo usuário
- Interações Campo-partícula
- Interações partícula-partícula
- Reinicialização do vetor velocidade da partícula baseado em algumas expressões lógicas que permite utilizar modelo de Monte Carlo como escopo geral
- Mecanismo de lançamento de partícula
- Modelo Baseado em Mesh onde um número específico de partículas são lançados em cada elemento da malha
- Distribuição uniforme de partículas em um dado contorno
- Expressão base que permite a densidade de partículas seja maior em uma determinada área
- Grid
- Postprocessing
- Gráficos de trajetória de partículas (linhas, tubos, pontos e cauda de cometa)
- Trajetórias em cores com expressões arbitrárias
- Filter particles to plot
- Animações
- Mapas e seção de Poincaré
- Retrato de fase
- Cálculo de máximo, mínimo, média e integrais sobre todas as partículas
- Escreve dados de partículas em tabelas
- Exporta dados de partículas
- Histogramas 1D e 2D
- Probabilidades de transmissão
Áreas de Aplicação
- Espectrometria de massa
- Beam physics
- Movimento Browniano
- Óptica de íons
- Espectrometria de mobilidade de íons
- Visualização de escoamento fluido
- Sprays
- Aerosol dynamics
- Misturador
- Emissão secundária
- Separação e filtração
- Visualização de função de distribuição energética de íons
- Acustoforeses
- Mecânica clássica
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