Particle Tracing Module

Neue App: Erythrozytenseparation

Mit dieser Anwendung kann die Separation von Erythrozyten und Thrombozyten mittels Dielektrophorese in einem mikrofluidischen Kanal untersucht werden. Sie können die Parameter Erythrozyten- und Thrombozyten-Durchmesser, elektromagnetische Frequenz und angewendetes Potenzial definieren. Die Trennleistung wird berechnet, und die Partikeltrajektorien, das elektrische Potenzial und die Fluidgeschwindigkeit werden visuell dargestellt.

Erythrozyten und Thrombozyten werden von der dielektrophoretischen Kraft separiert. Aus dem Ausgang unten rechts in der Geometrie treten nur Erythrozyten aus, was anzeigt, dass die Probe für die weitere Analyse ausreichend rein ist. Erythrozyten und Thrombozyten werden von der dielektrophoretischen Kraft separiert. Aus dem Ausgang unten rechts in der Geometrie treten nur Erythrozyten aus, was anzeigt, dass die Probe für die weitere Analyse ausreichend rein ist.

Erythrozyten und Thrombozyten werden von der dielektrophoretischen Kraft separiert. Aus dem Ausgang unten rechts in der Geometrie treten nur Erythrozyten aus, was anzeigt, dass die Probe für die weitere Analyse ausreichend rein ist.

Neue Multiphysik-Interfaces für Partikeltrajektorien

Die folgenden neuen Multiphysik-Kopplungen wurden eingeführt:

  • Elektrische Partikel-Feld-Wechselwirkung: Erzeugt mithilfe der Positionen von geladenen Partikeln eine Raumladungsdichte, die anschließend in einem Elektrostatik-Interface berücksichtigt werden kann.
  • Magnetische Partikel-Feld-Wechselwirkung: Erzeugt mithilfe der Positionen und Geschwindigkeiten von geladenen Partikeln die Stromdichte, die anschließend in einem Magnetfeld-Interface berücksichtigt werden kann.
  • Fluid-Partikel-Wechselwirkung: Berechnet die Volumenkraft, die von Partikeln auf ein Fluid ausgeübt wird.

Für jede neue Multiphysik-Kopplung steht ein neues Multiphysikinterface zur Verfügung, mit dem die erforderlichen Physikinterfaces erstellt werden können.

  • Das Interface Partikel-Feld-Wechselwirkung, nicht-relativistisch erstellt ein Elektrostatik-Interface, ein Trajektorien geladener Partikel-Interface und die Multiphysik-Kopplung Elektrische Partikel-Feld-Wechselwirkung. Mit diesem Interface können Sie Strahlen aus geladenen Partikeln mit konstantem Fluss und nichtrelativistischen Geschwindigkeiten modellieren.
  • Das Interface Partikel-Feld-Wechselwirkung, relativistisch erstellt ein Elektrostatik-Interface, ein Trajektorien geladener Partikel-Interface, ein Magnetische Felder-Interface und die Multiphysik-Kopplungen Elektrische Partikel-Feld-Wechselwirkung und Magnetische Partikel-Feld-Wechselwirkung. Mit diesem Interface können Sie relativistisch geladene Partikelstrahlen mit konstantem Fluss modellieren, die signifikante Magnetfelder erzeugen können. Diese Multiphysik-Kopplung erfordert auch das AC/DC Module.
  • Das Interface Fluid-Partikel-Wechselwirkung erstellt ein Einphasen-Strömung-Interface, ein Partikeltrajektorien für Fluidströmung-Interface und die Multiphysik-Kopplung Fluid-Partikel-Wechselwirkung. Mit diesem Interface können Sie den Partikelfluss in einem Fluid modellieren, wenn der Massendurchsatz konstant ist.

Beim Modell Relativistic Diverging Electron Beam werden die neuen Multiphysik-Kopplungen verwendet; wie in der Modellbeschreibung weiter unten auf der Seite zu sehen ist. Beim Modell Relativistic Diverging Electron Beam werden die neuen Multiphysik-Kopplungen verwendet; wie in der Modellbeschreibung weiter unten auf der Seite zu sehen ist.

Beim Modell Relativistic Diverging Electron Beam werden die neuen Multiphysik-Kopplungen verwendet; wie in der Modellbeschreibung weiter unten auf der Seite zu sehen ist.

Studienschritt für bidirektional gekoppelte Partikeltrajektorien

Mit dem neuen Studienschritt Bidirektional gekoppelte Partikelbahnberechnung können Zwei-Wege-Kopplungen zwischen Partikeltrajektorien und Feldern definiert werden. Ein For/End For-Knotenpaar wird automatisch in der Solver-Sequenz erstellt, wodurch die Wechselwirkung zwischen zeitabhängigen Partikeltrajektorien und stationären Feldern berücksichtigt werden kann.

Unelastische Kollisionen

Mit dem neuen Kollisionen-Knoten können Sie verschiedene Typen von Wechselwirkungen zwischen geladenen Partikeln und einem Hintergrundgas modellieren. Jeder der folgenden Unterknoten stellt einen Wechselwirkungstyp dar und kann dem Kollisionen-Knoten hinzugefügt werden:

  • Elastisch
  • Anhaften
  • Anregung
  • Ionisation
  • Benutzerdefiniert

Die Unterknoten des Kollisionen-Knotens basieren auf einem Monte Carlo-Streuungsmodell, bei dem für jeden Partikel basierend auf der Kollisionshäufigkeit und dem Zeitschrittwert die Kollisionswahrscheinlichkeit berechnet wird.

Der Kollisionen-Knoten ersetzt das Feature elastische Kollisionskraft. Auf das Reibungsmodell kann über den entsprechenden Reibungskraftknoten zugegriffen werden. Früher wurde über das Feature elastische Kollisionskraft auf dieses Modell zugegriffen.

Neue Freisetzungsfunktion für Partikelstrahlen

Mit dem neuen Knoten Partikelstrahl können Sie Strahlen von geladenen Partikeln freisetzen, indem Sie die Emittanz und Twiss-Parameter festlegen, und zwar mit einer ellipsenförmigen oder Gaußschen Verteilung im Phasenraum. Außerdem können mit neuen globalen Variablen Größen wie die Emittanz mühelos während der Ergebnisauswertung visualisiert werden.

Magnetlinse: Partikel werden in einem Strahl mit einer symmetrischen bi-Gaußschen Verteilung (oben links) freigesetzt. Die Hyperemittanz des Strahls wird entlang der nominalen Trajektorie (unten links) geplottet. Eine Poincaré-Abbildung stellt die Partikelpositionen an mehreren Querschnitten dar (in verschiedenen Farben, rechts). Magnetlinse: Partikel werden in einem Strahl mit einer symmetrischen bi-Gaußschen Verteilung (oben links) freigesetzt. Die Hyperemittanz des Strahls wird entlang der nominalen Trajektorie (unten links) geplottet. Eine Poincaré-Abbildung stellt die Partikelpositionen an mehreren Querschnitten dar (in verschiedenen Farben, rechts).

Magnetlinse: Partikel werden in einem Strahl mit einer symmetrischen bi-Gaußschen Verteilung (oben links) freigesetzt. Die Hyperemittanz des Strahls wird entlang der nominalen Trajektorie (unten links) geplottet. Eine Poincaré-Abbildung stellt die Partikelpositionen an mehreren Querschnitten dar (in verschiedenen Farben, rechts).

Raumladungsbegrenzte Emission

Es steht nun ein Multiphysik-Knoten für die raumladungsbegrenzte Emission von Partikeln von einer Oberfläche zur Verfügung. Eine raumladungsbegrenzte Emission von Elektronen tritt auf, wenn eine weitere Erhöhung des Stroms von emittierten Partikeln eine Raumladungsdichte erzeugt, die ausreicht, um Partikel wieder in Richtung der Oberfläche zu bewegen, von der aus sie freigesetzt wurden. Die Knoten Raumladungsbegrenzte Emission und Elektrische Partikel-Feld-Wechselwirkung können zusammen verwendet werden, um den raumladungsbegrenzten Fluss zu ermitteln. Der Anwendungsbibliothek (siehe Screenshot) wurde das neue Tutorial Child\'s Law Benchmark hinzugefügt, das diesen Effekt demonstriert.

Verbesserte Akkumulatoren

Akkumulator-Funktionen auf Gebietsebene erfordern keine kleinen manuellen Zeitschritte mehr. Akkumulierte Variablen können nun in den meisten Fällen mit den Standard-Solver-Einstellungen genau berechnet werden. Daher können Modelle mit Akkumulator-Knoten in Gebieten nun in der Regel mindestens zehnmal schneller und mit höherer Genauigkeit berechnet werden. Mit neuen Optionen kann bestimmt werden, wie die akkumulierte Variable interpoliert wird, wenn Partikel viele Netzelemente in einem einzelnen Zeitschritt passieren.

Partikelfreisetzung mittels Daten aus einer Textdatei

Partikelpositionen und -geschwindigkeiten können nun mit Daten aus einer importierten Textdatei initialisiert werden, indem der Knoten „Freigabe aus Datendatei“ verwendet wird.

Neue Optionen für das Sampling von Geschwindigkeitsverteilungen

Wenn Partikel mit einer kugelförmigen, halbkugelförmigen, konischen oder Maxwell-Verteilung freigesetzt werden, können Sie auswählen, ob die Partikel mit einer deterministischen Geschwindigkeitsverteilung oder unter Verwendung von Zufallstichproben dieser Verteilung freigesetzt werden.

Vergleich von deterministischen und Zufallstichproben zur konischen Partikelfreisetzung. Vergleich von deterministischen und Zufallstichproben zur konischen Partikelfreisetzung.

Vergleich von deterministischen und Zufallstichproben zur konischen Partikelfreisetzung.

Neue Kraft-Einstellungen für die Partikel-Partikel-Wechselwirkung

Eine neue Partikel-Partikel-Wechselwirkung-Option für linear-elastische Kräfte steht zur Verfügung. Sie können die Option auswählen, um eine Cutoff-Länge auf eine Partikel-Partikel-Wechselwirkungskraft anzuwenden, wobei die Kraft auf null gesetzt wird, wenn Partikel weit genug entfernt sind.

Festgelegte Kombinationen zur Freisetzung von Partikeln aus einem Gitter

Mit dem Knoten Freigabe vom Raster können nun Partikel in festgelegten Kombinationen von Koordinaten oder in allen Kombinationen von Koordinaten freigesetzt werden. Bei der Partikelfreisetzung kann ein Gittertyp ausgewählt werden: Alle Kombinationen oder Festgelegte Kombinationen. Diese Funktion ermöglicht eine genauere Steuerung der Anfangspositionen von Partikeln, sodass Partikel an anderen Orten als an einem rechteckigen Gitter freigesetzt werden können.

Neue Übung: Relativistic Diverging Electron Beam

Bei starken Strömen geladener Partikel und hohen relativistischen Geschwindigkeiten werden durch die Raumladung und den Strom signifikante elektrische und magnetische Kräfte erzeugt. Diese Kräfte führen dazu, dass sich der Strahl ausdehnt bzw. zusammengezogen wird. Das Interface „Trajektorien geladener Partikel\" berechnet mit einem iterativen Verfahren die stark gekoppelten Partikeltrajektorien und elektrischen und magnetischen Felder eines Strahls, der einen konstanten Strom aufweist. Mit einer Netzverfeinerungsstudie wird bestätigt, dass die Lösung mit dem analytischen Ausdruck für die Form der relativistischen Strahlhüllkurve übereinstimmt.

Ein Strahl relativistischer Elektronen wird an der Einschnürung freigesetzt und beginnt zu divergieren. Das elektrische Feld (rot) und das magnetische Feld (blau) des Strahls werden entlang dessen Bahn dargestellt. Ein Strahl relativistischer Elektronen wird an der Einschnürung freigesetzt und beginnt zu divergieren. Das elektrische Feld (rot) und das magnetische Feld (blau) des Strahls werden entlang dessen Bahn dargestellt.

Ein Strahl relativistischer Elektronen wird an der Einschnürung freigesetzt und beginnt zu divergieren. Das elektrische Feld (rot) und das magnetische Feld (blau) des Strahls werden entlang dessen Bahn dargestellt.

Neue Übung: Child's Law Benchmark

Die raumladungsbegrenzte Emission ist ein Phänomen, das den Strom von geladenen Partikeln, die von einer Oberfläche freigesetzt werden können, begrenzt. Mit steigendem von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom steigt auch der Betrag der Raumladungsdichte nahe der Kathode. Diese Ladung übt entsprechend ihrer Dichte eine elektrische Kraft auf die emittierten Elektronen aus, die auf die Kathode gerichtet ist. Der raumladungsbegrenzte Strom ist der maximale Strom von Partikeln, die freigesetzt werden können. Bis zu diesem Grenzwert werden keine Partikel zurück zur Kathode transportiert.

In diesem Beispiel wird der raumladungsbegrenzte Strom in einer planparallelen Vakuumdiode mit dem Knoten „raumladungsbegrenzte Emission“ berechnet. Die resultierende Verteilung des elektrischen Potenzials und des Stroms wird mit der analytischen Lösung nach dem Child\'schen Gesetz verglichen. Die Stromdichte wird mit der Studie Bidirektional gekoppelte Partikelbahnberechnung berechnet, wobei eine bidirektionale Kopplung zwischen den Partikeltrajektorien und dem elektrischen Potenzial hergestellt wird.