电渗进样的Comsol模拟实验报告
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电渗进样的Comsol模拟实验报告
班级：16110901 姓名：刘莉丹学号20092289
姓名：彭磊学号20092307
一、实验目的
1、初步掌握Comsol Multiphysics的使用方法。
2、学习电渗进样的Comsol模拟。
二、实验原理
COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
COMSOL Multiphysics是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。用数学方法求解真实世界的物理现象，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。
大量预定义的物理应用模式，范围涵盖从流体流动、热传导、到结构力学、电磁分析等多种物理场，用户可以快速的建立模型。COMSOL中定义模型非常灵活，材料属性、源项、以及边界条件等可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是一个代表实测数据的插值函数等。
预定义的多物理场应用模式，能够解决许多常见的物理问题。同时，用户也可以自主选择需要的物理场并定义他们之间的相互关系。当然，用户也可以输入自己的偏微分方程（PDEs），并指定它与其它方程或物理之间的关系。
COMSOL Multiphysics力图满足用户仿真模拟的所有需求，成为用户的首选仿真工具。它具有用途广泛、灵活、易用的特性，比其它有限元分析软件强大之处在于，利用附加的功能模块，软件功能可以很容易进行扩展。
三、实验器材
Comsol Multiphysics
四、实验步骤和现象
1、选择2D的空间维度，设置如下条件的耦合场：
（1）不可压缩（mmglf）
（2）传导介质DC（emdc）
（3）电动流（chekf）
2、画一个矩形
相关数据：高5e-5，宽8e-4，中心：X=0，y=0。
复制，旋转九十度，联集撤销内部边界，划分网格。
3、在电动流耦合场模式下选择求解域模式：
相关数据：D各向同性的：1e-11；R：0；Um：2e-15；Z：1；u：u；v：v；V：0。
选择边界模式：
相关数据：样液入口和缓冲液入口分别设置为浓度1和浓度0，各出口设置为对流通量。
在不可压缩耦合场模式下选择边界模式：
相关数据：样液和缓冲液入口设置为：进口，速度U0为1e-4；各出口设置为压力，粘滞应力P0为0。
4、设置求解器参数，将不可压缩和电动流设置为稳态。（对不可压缩求解，初始值设为初
始值表达式和从初始值使用设定。求解。）选择后处理——绘图参数——表面——速度场观察图像。（下图）
5、对电动流求解（初始值设定为初始值表达式和当前解。求解。）选择后处理——绘图参
数——表面——浓度场，观察图像。
6、在电动流耦合场下选择求解域模式：
相关数据：u：0；v：0；V：V。
选择边界模式：
相关数据：所有入口和出口选择通量，设置为：-nmflux_c_chekf。
在传导介质DC耦合场下选择边界模式：
相关数据：样液入口选择点位能10V；缓冲液入口和各出口选择接地；其他边选择电绝缘。
7、设置求解器参数选择瞬态，时间设置为：0:0.01:1。对传导介质求解（初始值设置为初始
值表达式和当前解。求解。）后处理——绘图参数——表面——电位能，得到图像。
8、对电动流求解（初始值设定为当前解和当前解（不同时间的解：全部），求解。）再将瞬
态时间设为：0:0.05:5，重复求解。在浓度场下观察上样图像。
9、在传导介质DC耦合场下选择边界模式：
相关数据：样液入口接地，缓冲液入口电位能设置为30V。设置求解器参数，把瞬态时间设置为：0:0.5:50。对传导介质求解（初始值设定为初始值表达式和当前解（全部）。求解）
10、对电动流求解，初始值都设为当前解（全部）。求解，在浓度场下观察样品分离图像。
五．实验结果分析及思考
在与同学讨论之后我们组终于得出了正确的参数设置，成功模拟出结果。
这次的仿真软件实验让我更加注意实验细节，每一步的设置都可能关系到最后的能否出现预期的实验结果。比如划分网格的适度，在调整图形位置时应适当放大以求准确，变换条件时对于参数的及时调整……等等。