噴墨液滴
關注創建者：CAE備忘錄 創建時間：2022-12-22
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comsol噴墨液滴仿真
Comsol inkjet_nozzle_ls
最近在研究comsol，上期講的是壓電仿真，這期來說說多相流液滴仿真，詳細解讀其中參數的意義。
噴墨打印機噴嘴液滴形成的瞬態過程是打印機的核心控制參數。本算例采用VOF模型來預測液滴的形狀。為了捕捉出墨的毛細效應，需要考慮表面張力和潤濕角的大小，但不考慮重力影響。噴嘴內部的表面是中性可濕潤的，而噴嘴孔周圍則是不可濕潤的。仿真域由兩個部分組成:墨腔和氣腔，初始時刻，墨水充滿噴嘴，而其余區域充滿了空氣。假定這兩種液體都處于靜止狀態。為了啟動噴墨，在進口邊界處的墨水流速突然從0上升到3.58 m/s，并根據余弦定律下降，10微秒后，速度回到零。總共仿真時間為30微秒，即，是最初脈沖持續時間的三倍。由于是軸對稱問題，采用二維幾何。
20ms時刻
UDF定義速度邊界隨時間變化
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展開 SEAS的研究人員開發出一種新的3D打印技術，該技術利用聲波從液體中產生具有前所未有的成分和粘度范圍的液滴。據研究人員稱，這種技術可以按需對無數材料進行3D打印，并可用于合成生物制藥和化妝品，以及光學和導電材料。
目前，使用噴墨3D打印機制造用于藥物遞送的微膠囊。噴墨3D打印利用液滴形成固體，但它僅適用于粘度約為水的10倍的液體。然而，研究人員感興趣的許多液體更加粘稠。例如，生物制藥和生物打印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的粘度至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，粘度比水高25,000倍。
因此，研究團隊開發了一種獨立于流體材料特性的3D打印系統。他們利用聲波建立了一個系統，以幫助重力從粘性流體形成受控大小的液滴。
他們設計并制造了一個能夠產生的亞波長聲諧振器一個受限的聲場，它使拉力大于打印機噴嘴尖端的正常重力的100倍。
蜂蜜滴在玻璃基板上
通過控制目標位置，可以在任何地方小心地沉積和圖案化噴射的液滴。
研究人員對各種材料進行了測試，包括蜂蜜，干細胞墨水，生物聚合物，光學樹脂和液態金屬。
展開 3d沒有好描述和說明的，特別說明2d的設置和應用，其實2d的應用最好還是在自由表面中的應用較多（xflow計算案例，例如Rayleigh-Taylor不穩定性、液滴、噴墨等），2d是在3d基礎上去掉寬度方向計算，在xflow中即設定計算平面為x-y（z=0）平面二維模型。X為模型長度，y為模型高度。
2. 原則
在用xflow solver求解自由表面問題時，無論二維還是三維計算模擬，必須保證模擬模型的垂直方向和Y-axis完成平行一致，因為xflow求解器默認y-axis為最佳液面高度定義方式。
3. Free surface external
流體水槽默認按照X軸流動，-x /+y默認為流體域入口，+X為出口，-Y為地面，-z/+z為對稱循環。需要設定的值：
入口的初始速度（velocity law at the inlet）
水流初始表面(water initial surface)
入口水表面函數（water inlet wave function）表示出口處自由表面的位置，其可以為常數或者為時間的函數。
設置最直接的方式就是水槽及表面邊界條件導向功能來設置上面的所有值，包括虛擬模
擬水槽的大小設置。
圖3-1 自由表面水波設置向導
如圖3-1向導圖所示，需要設置的參數有水槽的長度、高度、寬度、水槽內水深度、水流動速度、水波幅度、水波頻率。
設置完后在環境設置相應相就自動生成函數表達式，當然每個參數也可以根據需要自定義相關特殊函數表達式。
對于五階斯托克斯模型請參考相關手冊和專業書籍。
4. Free surface internal
內部自由表面流動，需要用戶去定義各個外部表面邊界條件和初始液位高度。
5.
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comsol噴墨液滴仿真
噴墨打印機噴嘴液滴形成的瞬態過程是打印機的核心控制參數。本算例采用VOF模型來預測液滴的形狀。為了捕捉出墨的毛細效應，需要考慮表面張力和潤濕角的大小，但不考慮重力影響。噴嘴內部的表面是中性可濕潤的，而噴嘴孔周圍則是不可濕潤的。仿真域由兩個部分組成:墨腔和氣腔，初始時刻，墨水充滿噴嘴，而其余區域充滿了空氣。假定這兩種液體都處于靜止狀態。
噴墨3D打印利用液滴形成固體，但它僅適用于粘度約為水的10倍的液體。然而，研究人員感興趣的許多液體更加粘稠。例如，生物制藥和生物打印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的粘度至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，粘度比水高25,000倍。
因此，研究團隊開發了一種獨立于流體材料特性的3D打印系統。他們利用聲波建立了一個系統，以幫助重力從粘性流體形成受控大小的液滴。
3d沒有好描述和說明的，特別說明2d的設置和應用，其實2d的應用最好還是在自由表面中的應用較多（xflow計算案例，例如Rayleigh-Taylor不穩定性、液滴、噴墨等），2d是在3d基礎上去掉寬度方向計算，在xflow中即設定計算平面為x-y（z=0）平面二維模型。X為模型長度，y為模型高度。
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