毛細管吸水的案例
毛細管吸水現(xiàn)象仿真 ￥400
將細小的玻璃管插入水中，水會在管中上升；針對不同管徑，水在管中上升的速度和高度不同，這種現(xiàn)象稱作毛細現(xiàn)象。水在管中的上升是由于空氣/水界面處的壁附著力和表面張力的作用，促使流體沿著壁面以一定的接觸角形式向上產生滑移。毛細現(xiàn)象通常被用于微通道輸送流體，或者通過微量吸管測量、輸送和放置少量流體。此外，毛細現(xiàn)象對于植物根莖的輸水和蒸騰作用也起到至關重要的作用。
本篇文檔基于COMSOL軟件仿真了毛細管吸水的現(xiàn)象，并對比觀察了不同位置以及不同孔徑毛細管的吸水現(xiàn)象。仿真結果展示如下：
感興趣的朋友可下載模型，在此基礎上進行改進和深入研究。
展開 COMSOL細觀混凝土微裂紋毛細吸水模型
本案例通過COMSOL建立二維混凝土細觀微裂紋模型，模型可進行吸水及離子擴散等方面的研究。幾何模型包括水泥砂漿、粗骨料、砂漿骨料界面過渡區(qū)（ITZ）及隨機分布于水泥砂漿內的微裂紋毛細管網四部分，旨在探究通過多插件聯(lián)合創(chuàng)建復雜模型的可行性。
多邊形骨料混凝土細觀模型通過CAD隨機多邊形插件2D專業(yè)版參數(shù)化建模生成。
在AutoCAD混凝土細觀模型的基礎上，在0圖層中新建立與原試件尺寸相同的正方形，并將界面過渡區(qū)圖像所在圖層更改為“hole”，以確保采用CAD二維圖形Voronoi劃分插件時可以精準識別外形與孔洞。采用Voronoi算法在砂漿中建立的隨機毛細管網如下。
將生成的模型文件另存為dxf格式，并將其導入COMSOL內，需注意導入時應選定相應的層，并利用布爾運算建立對應的幾何。
對模型中的不同組分設置相應的材料屬性。
劃分網格及完成后續(xù)的仿真分析。
展開 FRED應用：毛細管電泳系統(tǒng)
通過展示幾個熟悉而創(chuàng)新的應用，如前房角鏡、毛細管中的激光誘導熒光和人類皮膚模型，F(xiàn)RED和生物醫(yī)療產業(yè)的相關性能得到最好的表達。
激光誘導熒光-毛細管電泳
毛細管電泳是一個在遺傳分析和蛋白質表征中使用的技術。準直激光束聚焦到一個玻璃毛細管柱上，其中物質在一個電勢的作用下流動。當粒子通過受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
在圖1中，代表一個紫外激光束的準直光線集通過物鏡聚焦到一個充滿液體的玻璃毛細管中。通過反射沒被使用的光重新回到毛細管中，右上角的反射鏡擴大了受照明的體積。較大的照明體積增大了熒光信號。垂直于照明路徑的導向光學器件采集熒光來進行分析。
圖1. 毛細管電泳系統(tǒng)中采集光學器件FRED模型
FRED可以通過其散射庫一個專門的功能實現(xiàn)熒光現(xiàn)象。通過在概率統(tǒng)計方面演繹發(fā)射曲線，可以創(chuàng)建腳本化散射模型來重新指定光線波長。在本例中，將會使用一個廣泛使用的有機染料-羅丹明6G。使用FRED數(shù)字化工具采樣發(fā)射光譜，并將結果放置在腳本化散射模型中。
為了節(jié)省仿真時間，只有到達探測器的散射光線才應該被追跡。FRED中的重要采樣特性就提供這個功能。要設置它，用戶需要選擇模型中的熒光實體，并點擊散射標簽。指定好熒光的腳本化散射屬性到該元件后，將“Scatter Direction Region(s) of interest” 設置為 “Toward an Entity”，此時探測器表面作為選中目標。
完成仿真的圖示如圖所示。紫色代表照明路徑，橙色代表熒光路徑。
圖2. 具有照明和熒光路徑的毛細管電泳仿真
展開 FRED應用：毛細管電泳系統(tǒng)
在圖1中，代表一個紫外激光束的準直光線集通過物鏡聚焦到一個充滿液體的玻璃毛細管中。通過反射沒被使用的光重新回到毛細管中，右上角的反射鏡擴大了受照明的體積。較大的照明體積增大了熒光信號。垂直于照明路徑的導向光學器件采集熒光來進行分析。
毛細管電泳是一個在遺傳分析和蛋白質表征中使用的技術。準直激光束聚焦到一個玻璃毛細管柱上，其中物質在一個電勢的作用下流動。當粒子通過受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
激光誘導熒光-毛細管電泳
通過展示幾個熟悉而創(chuàng)新的應用，如前房角鏡、毛細管中的激光誘導熒光和人類皮膚模型，F(xiàn)RED和生物醫(yī)療產業(yè)的相關性能得到最好的表達。
從非侵入式到超靈敏的檢測儀器，光子器件在今天的生物醫(yī)藥產業(yè)起到了不可或缺的作用。但只有在先進的軟件工具和富有經驗光學工程師的幫助下，這些新技術的及時設計和推向市場才有可能。Photon Engineering堅信其光學工程產品FRED可以幫助加速生物醫(yī)藥界的創(chuàng)新步伐。FRED結合了直觀的圖形用戶界面和能夠滿足最苛刻要求的強大計算引擎。
完成仿真的圖示如圖所示。紫色代表照明路徑，橙色代表熒光路徑。
為了節(jié)省仿真時間，只有到達探測器的散射光線才應該被追跡。FRED中的重要采樣特性就提供這個功能。要設置它，用戶需要選擇模型中的熒光實體，并點擊散射標簽。
展開 
毛細管輻射供冷供熱
一、毛細管輻射供冷特點
1、環(huán)境舒適度高
毛細管輻射空調是通過室內地面、墻面和頂面均勻鋪設毛細管進行輻射供冷和供熱，毛細管內流動著冷水，冷量通過輻射的方式散發(fā)出來的，運轉過程中沒有風感，也沒有氣流感，相比其他的末端供冷舒適度更高。
2、無設備運轉噪音
毛細管內采用水循環(huán)，室內沒有制冷和制熱的設備，與傳統(tǒng)的室內風機盤管相比，沒有風機和電機發(fā)出的噪音，更不會帶來室內噪音污染。
3、室內潔凈度高
毛細管輻射供冷的末端是毛細管，均埋在吊頂中、地板中和墻面中，通過輻射進行供冷，沒有冷凝水排放，更不會出現(xiàn)排水不暢，進而形成滴水、漏水的問題，更不會給細菌和霉菌提供滋生的場所，進而影響室內空氣環(huán)境。
4、能耗低
通過室內安裝毛細管管網進行供冷，無末端用電設備；管道中對水溫較集中空調水溫高，制冷設備節(jié)能效果好。
5、不占室內空間
毛細管隱蔽安裝在頂面、墻面和地面中，室內完全看不見供冷末端設備，可以提高房間凈高。
6、安裝靈活
毛細管的管徑比較小，重量比較輕，室內安裝比較靈活，通常采用吊頂抹灰安裝、墻面抹灰安裝和模塊安裝，施工簡單。
二、毛細管輻射供冷系統(tǒng)需要解決的問題
1、對圍護結構保溫要求高
毛細管輻射供冷溫度比常規(guī)空調冷水溫度高，冷對建筑的保溫性要求高，尤其是對門窗結構的保溫性要求；否則需要更大面積的敷設毛細管。
2、存在結露風險
為了防止結露，一方面要提高供水溫度，毛細管網的出力有限，如果房間冷熱負荷過大，就要鋪很多面積的毛細管。
同時，還要保證室內的濕度在露點以下，通過除濕機或加大干燥新風保證室內濕度。
展開 FRED應用：毛細管電泳系統(tǒng)
通過展示幾個熟悉而創(chuàng)新的應用，如前房角鏡、毛細管中的激光誘導熒光和人類皮膚模型，F(xiàn)RED和生物醫(yī)療產業(yè)的相關性能得到最好的表達。
激光誘導熒光-毛細管電泳
毛細管電泳是一個在遺傳分析和蛋白質表征中使用的技術。準直激光束聚焦到一個玻璃毛細管柱上，其中物質在一個電勢的作用下流動。當粒子通過受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
在圖1中，代表一個紫外激光束的準直光線集通過物鏡聚焦到一個充滿液體的玻璃毛細管中。通過反射沒被使用的光重新回到毛細管中，右上角的反射鏡擴大了受照明的體積。較大的照明體積增大了熒光信號。垂直于照明路徑的導向光學器件采集熒光來進行分析。
圖1. 毛細管電泳系統(tǒng)中采集光學器件FRED模型
FRED可以通過其散射庫一個專門的功能實現(xiàn)熒光現(xiàn)象。通過在概率統(tǒng)計方面演繹發(fā)射曲線，可以創(chuàng)建腳本化散射模型來重新指定光線波長。在本例中，將會使用一個廣泛使用的有機染料-羅丹明6G。使用FRED數(shù)字化工具采樣發(fā)射光譜，并將結果放置在腳本化散射模型中。
為了節(jié)省仿真時間，只有到達探測器的散射光線才應該被追跡。FRED中的重要采樣特性就提供這個功能。要設置它，用戶需要選擇模型中的熒光實體，并點擊散射標簽。指定好熒光的腳本化散射屬性到該元件后，將“Scatter Direction Region(s) of interest” 設置為 “Toward an Entity”，此時探測器表面作為選中目標。
完成仿真的圖示如圖所示。紫色代表照明路徑，橙色代表熒光路徑。
圖2. 具有照明和熒光路徑的毛細管電泳仿真
展開 FRED應用：毛細管電泳系統(tǒng)
具有照明和熒光路徑的毛細管電泳仿真
FRED應用：毛細管電泳系統(tǒng)
通過展示幾個熟悉而創(chuàng)新的應用，如前房角鏡、毛細管中的激光誘導熒光和人類皮膚模型，F(xiàn)RED和生物醫(yī)療產業(yè)的相關性能得到最好的表達。
激光誘導熒光-毛細管電泳
毛細管電泳是一個在遺傳分析和蛋白質表征中使用的技術。準直激光束聚焦到一個玻璃毛細管柱上，其中物質在一個電勢的作用下流動。當粒子通過受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
在圖1中，代表一個紫外激光束的準直光線集通過物鏡聚焦到一個充滿液體的玻璃毛細管中。通過反射沒被使用的光重新回到毛細管中，右上角的反射鏡擴大了受照明的體積。較大的照明體積增大了熒光信號。垂直于照明路徑的導向光學器件采集熒光來進行分析。
圖1.毛細管電泳系統(tǒng)中采集光學器件FRED模型
FRED可以通過其散射庫一個專門的功能實現(xiàn)熒光現(xiàn)象。通過在概率統(tǒng)計方面演繹發(fā)射曲線，可以創(chuàng)建腳本化散射模型來重新指定光線波長。在本例中，將會使用一個廣泛使用的有機染料-羅丹明6G。使用FRED數(shù)字化工具采樣發(fā)射光譜，并將結果放置在腳本化散射模型中。
為了節(jié)省仿真時間，只有到達探測器的散射光線才應該被追跡。FRED中的重要采樣特性就提供這個功能。要設置它，用戶需要選擇模型中的熒光實體，并點擊散射標簽。指定好熒光的腳本化散射屬性到該元件后，將“Scatter Direction Region(s) of interest” 設置為 “Toward an Entity”，此時探測器表面作為選中目標。
完成仿真的圖示如圖7所示。紫色代表照明路徑，橙色代表熒光路徑。
圖2.具有照明和熒光路徑的毛細管電泳仿真
展開 技術研究｜利用高壓毛細管流變儀研究熔體的穩(wěn)定流動
PART
01
案例背景
高壓毛細管流變儀一般用于測試高分子材料在指定溫度和剪切速率下的粘度，以此來研究目標材料的流動性能，指導材料加工工藝和成型設備的設計。目前國高材分析測試中心的高壓毛細管流變儀大部分測試工作都集中在粘度-剪切速率測試方面，但有時也會接到客戶的一些特殊測試需求。如近期要研究材料的熔體穩(wěn)定性，要求測定材料在高溫下保持一定時間后的粘度變化，其中必須在固定時間內進行取點。但現(xiàn)有的測試方法難以滿足要求，特別是固定取點周期這點從未進行過嘗試，因此決定對高壓毛細管流變儀的測試過程進行研究，來開發(fā)對應方法以為技術研究提供支持。
PART
02
具體實施方式
（1）測試需求
該需求由客戶提出，要求測試條件如下：需要分別測試材料在250°C、260°C、270°C下的表觀粘度變化情況，采用20:1毛細管口模，固定剪切速率為1000s-1，每隔10min采集一次數(shù)據，總測試時長為60 min。由對應溫度相同剪切速率下熔體的粘度變化情況，來研究熔體在該溫度下持續(xù)受熱后的穩(wěn)定性，判斷是否存在明顯降解等情況。以上測試的難點在于取點時間如何固定為10min，常規(guī)設置必然不行，因為料筒內物料無法維持60min內1000s-1剪切速率下的持續(xù)擠出，而且正常測試條件下毛細管流變的取點邏輯為“當某一個時間區(qū)間內該材料的測試值誤差在允差設置范圍內，便會自動取點”，而不是在固定時間取點，所以必須對軟件設置的取點邏輯進行調校。圖1是本方案的思維導圖。
（2）解決方案：巧用軟件的取點設置
我們在設定測試程序的時候，其中有一個設置剪切速率的步驟，該選項中有一項設置為對應剪切速率的最大取點時間（Max Time），如圖2A紅色框線內所示。
展開 毛細管流變儀的模塊化測試技術
■儀尊科技 / 胡積潤 技術經理
摘要
毛細管流變儀一般用于剪切速率范圍為
10-2 1/s到10-6 1/s
的黏度測試，可以用來表征材料在加工過程中與溫度、壓力、時間以及形變范圍的相關性。隨著技術的發(fā)展，毛細管流變儀除了可以做常規(guī)的流變分析，也可以作為一個通用平臺，搭載不同測試功能的模塊。例如，表征熔體彈性的口模脹大(Die Swell)，黏度與壓力相關性以及壁滑移效應的反向壓力測試(Counter pressure)，研究壓力、溫度、體積相關性的PVT測試單元，測定不同溫度、壓力下材料導熱系數(shù)的熱導率(Thermal conductivity)單元，研究熔體不穩(wěn)定流動的鯊魚皮(Shark Skin)測試單元等。
高壓毛細管流變儀
毛細管流變儀直接測得的黏度值，我們通常稱作「表觀黏度」。表觀黏度的產生，是基于一個理想的數(shù)學模型，簡單來說，就是將毛細管中流動的物料看作是牛頓流體，并將機械結構簡化后進行分析計算。而實際流體流動過程，要比假設的理想模型復雜得多，要得到更真實的黏度數(shù)據，就需要通過各種方法對表觀數(shù)據進行校正。比如，高分子流體往往是非牛頓流體，假塑性流體存在剪切變稀行為，因此需要非牛頓校正來修正剪切速率。此外，實際機械結構中，流體的壓力測量點，與分析模型中的完全發(fā)展流動區(qū)并不重合（如圖1所示），
圖1：料筒與毛細管中流體內部壓力分布示意圖
通過Bagley校正，可以計算出入口壓力降，并進行修正。有時，物料在毛細管管壁處的速度不是我們假設的那樣靜置不流動，為了得到更真實的黏度數(shù)據，就需要做Mooney校正。
展開 武漢大學Nano Energy : 用于太陽能蒸汽產生的仿生毛細管驅動泵
圖5 仿生毛細管驅動泵的組成
a) 仿生毛細管驅動泵的組裝過程； b) 4 kW·m-2太陽密度下蒸汽產生圖片。
圖6 仿生毛細管驅動泵的蒸汽產生性能
a) 太陽能蒸汽產生的實驗裝置示意圖；
b,c) 在1個和4.8個太陽強度下，泵的蒸發(fā)質量損失；
d) 在一系列光密度下泵的蒸發(fā)速率；
e) 在不同光密度下蒸發(fā)表面的溫度；
f) 在不同光密度下泵的太陽能-蒸汽轉化效率。
【小結】
研究人員成功地開發(fā)了一種基于毛細管現(xiàn)象的高效太陽能蒸汽產生仿生泵。通過沉積三層TiAlON基納米太陽能吸收器于NiO盤的表面，M-NiO的太陽吸收率高達0.97。結合多孔親水性M-NiO盤和一維供水設計，毛細管驅動泵在1個太陽強度下的太陽能-蒸汽轉換效率可達到73%，4個太陽強度下可達到90%。上述易于擴大規(guī)模的新設計在太陽能密度較低的情況下具有一定潛在的應用。
文獻鏈接：A bioinspired capillary-driven pump for solar vapor generation (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.039)
內容轉自材料牛
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新型特斯拉閥毛細管液冷板性能分析
02
成果掠影
近期，廣西大學機械工程學院潘明章教授團隊提出了一種正向特斯拉閥毛細管散熱通道和反向特斯拉閥毛細管散熱通道的設計，旨在緩解毛細管仿生流動通道內彎曲處的渦流問題。在相同工況下，分別得到液冷板原、正、反向散熱通道的壓力分布等性能指標。
結果表明，正向冷卻通道顯著降低了液體冷卻板的壓力損失，而反向通道有效地改善了傳熱。針對反特斯拉閥毛細管通道中遇到的壓差過大的問題，在反向特斯拉閥毛細管冷卻通道上設計了不同數(shù)量的閥門和支路。研究發(fā)現(xiàn)，將反特斯拉閥毛細管液冷板的閥數(shù)與分支數(shù)的縱橫比控制在1.13～1.6范圍內，可以以較小的泵浦功率獲得較高的制冷量。在反向特斯拉閥毛細冷卻通道上設計了不同數(shù)量的閥門和支路。研究發(fā)現(xiàn)，將反向特斯拉閥毛細管液冷板的閥數(shù)與分支數(shù)的縱橫比控制在1.13～1.6范圍內，可以以較小的泵浦功率獲得較高的制冷量。在反向特斯拉閥毛細冷卻通道上設計了不同數(shù)量的閥門和支路。研究發(fā)現(xiàn)，將反向特斯拉閥毛細管液冷板的閥數(shù)與分支數(shù)的縱橫比控制在1.13～1.6范圍內，可以以較小的泵浦功率獲得較高的制冷量。
研究成果以“Performance analysis on the liquid cooling plate with the new Tesla valve capillary channel based on the fluid solid coupling simulation”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。
展開 相場方法模擬毛細管中的驅替 ￥100
提供comsol中相場方法模擬毛細管中驅替的案例，可以掌握如何采用相場方法模擬驅替，具體案例附后。
COMSOL基于Voronoi毛細管及多邊形骨料ITZ的微介觀混凝土水分擴散模型
本案例是通過COMSOL對論文An innovative method for mesoscale modelling of moisture diffusion in concrete（https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105836）中Voronoi毛細管、多邊形骨料、ITZ、水泥漿體多相材料的幾何模型復現(xiàn)。
其中論文中的混凝土骨料采用圓內接多邊形算法，建立的模型如下圖所示。
并且建立了骨料外側的界面過渡區(qū)部件。
毛細管結構采用Voronoi算法生成，并與骨料、ITZ形成完整的模型，用于模擬微介觀混凝土模型內的水分擴散。
在本案例中混凝土砂漿內的毛細管結構是通過Voronoi算法生成，采用CAD Voronoi V2.1版本插件，在CAD內建立草圖模型并導入COMSOL。
骨料及ITZ部分通過CAD隨機多邊形顆粒插件，在CAD內建立圖形后，將骨料及ITZ圖層分別存儲為dxf文件后導入COMSOL。
注意COMSOL導入骨料、ITZ、Voronoi圖形后需要經過一系列布爾操作，方可形成完整的模型，并將毛細管、水泥砂漿、骨料、ITZ各部分進行有效區(qū)分。具體操作步驟可參考COMSOL左側的模型開發(fā)器。
在COMSOL內對各組分批量賦值材料，并進行模型的網格劃分，即可進行后續(xù)的水分擴散模擬分析。
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