超聲空化仿真的案例
Comsol超聲空化仿真分析氣泡運動 ￥2200
超聲空化是一種重要的物理機理。超聲空化是指液體介質(zhì)中的微小氣泡核在強超聲波的作用下,氣泡體積經(jīng)歷生長振蕩而最終迅速崩潰的過程。在超聲空化氣泡的崩潰過程中,會在非常有限的體積內(nèi)瞬間產(chǎn)生巨大的壓力梯度和溫度梯度,從而引發(fā)系列的化學、物理和生物等效應,如對金屬表面的腐蝕,光脈沖輻射的產(chǎn)生,化學反應速率的加快,生物組織結(jié)構(gòu)的改變等。超聲空化過程是眾多空化氣泡的動力學過程,對單一空化氣泡的動態(tài)過程研究不僅是研究多個氣泡空化的起點,而且是研究系列超聲空化現(xiàn)象的基礎。
其主要的控制方程如下：
本模型調(diào)用系數(shù)型邊界偏微分方程和動網(wǎng)格，展示了氣泡在超聲空化過程中的變化：
兩個周期振蕩過程中，氣泡的半徑與初始半徑比值的動態(tài)變化。
這是氣泡動能的變化 ，相比較，隨著振動周期，氣泡動能也在增加。
有興趣的可以加我，交流模型。
展開 浙江大學黃品同教授和申有青教授團隊AFM：首個超聲空化級聯(lián)胞吞轉(zhuǎn)運的相變脂質(zhì)體，普適高效治療低滲透性腫瘤
近日，浙江大學申有青教授和黃品同教授團隊聯(lián)合研發(fā)了一種超聲空化級聯(lián)胞吞轉(zhuǎn)運的相變脂質(zhì)體（SCGLN），其具有在超聲波刺激下由納米脂質(zhì)液滴轉(zhuǎn)變?yōu)橹|(zhì)微泡、又從脂質(zhì)微泡轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米脂質(zhì)體的粒徑轉(zhuǎn)變特性，同時具有在腫瘤微酸環(huán)境催化下由荷帶負電勢轉(zhuǎn)變?yōu)檎妱莸碾姾煞崔D(zhuǎn)特性，其能夠增強實體瘤的藥物富集和深部滲透，普適高效治療低滲透性腫瘤。SCGLN由脂質(zhì)材料二棕櫚酰磷脂酰膽堿、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇、二甲基馬來酸酐修飾的1, 2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-賴氨酸和反油酸吉西他濱（既是脂質(zhì)膜組分又是抗腫瘤藥物）組成，并包裹全氟戊烷液滴（圖1A）。經(jīng)尾靜脈注射后，在腫瘤部位超聲輻照（功率2 W/cm2、頻率3 MHz、占空比 50% ），全氟戊烷在超聲誘導下液氣相變，使納米脂質(zhì)液滴狀態(tài)的SCGLN轉(zhuǎn)變?yōu)橹|(zhì)微泡狀態(tài)的SCGLN，此時微泡的超聲空化效應打破腫瘤血管內(nèi)皮屏障、擴張內(nèi)皮間隙，同時微泡破裂后的脂質(zhì)膜碎片重新組裝成更小粒徑的納米脂質(zhì)體SCGLN，SCGLN隨后經(jīng)被擴張的內(nèi)皮間隙進入腫瘤組織，在腫瘤微酸環(huán)境中發(fā)生電荷反轉(zhuǎn)實現(xiàn)陽離子化，SCGLN最后以陽離子化誘導的胞吞轉(zhuǎn)運方式不斷跨腫瘤細胞主動運輸?shù)侥[瘤實質(zhì)，實現(xiàn)吉西他濱的腫瘤深部滲透遞藥（圖1B）。
圖1. SCGLN的構(gòu)建、響應機理和遞藥機制示意圖。
展開 設計仿真 | 基于Actran的螺旋槳非空化噪聲仿真研究
圖3 聲學幾何模型及聲學網(wǎng)格劃分
圖4 聲學邊界條件及場點布置位置
研究結(jié)論
面聲源對應于流場的內(nèi)交界面，體聲源對應于流場的中間流域，通過ICFD變換得到面聲源和體聲源的聲源信息，仿真計算結(jié)果與試驗的對比如圖4所示。
圖4 均勻來流下仿真結(jié)果以及和試驗結(jié)果對比
圖4可知場點的試驗和仿真的計算結(jié)果吻合性良好，說明該仿真方法的準確性。計算結(jié)果顯示在低頻時，體聲源所產(chǎn)生的噪聲占據(jù)主要地位，比面聲源聲壓級大10dB左右。隨著頻率的增大，在2BPF(79.6Hz)后，面聲源的聲壓級開始大于體聲源，并隨后一直處于主導地位。下圖5是不同聲源項作用在不同葉頻下的縱向聲壓云圖。可以發(fā)現(xiàn)隨著距離的增加聲壓級逐漸降低。隨著頻率的增大，聲壓級逐漸降低。在1BPF(39.6Hz)時，面聲源的云圖分布特點呈現(xiàn)8字形，且相比于面聲源來說，體聲源對噪聲的貢獻更大，面聲源和體聲源共同作用聲壓云圖也和僅體聲源作用的云圖更接近。當頻率在25BPF(990Hz)時，面聲源和體聲源共同作用聲壓云圖和僅面聲源作用的云圖幾乎沒有差別,且聲壓云圖已經(jīng)從聲源向空間各個方向發(fā)散。綜上所述，在低頻時，噪聲主要來自體聲源項的貢獻，隨著頻率的增大，噪聲主要來自面聲源項的貢獻。
該結(jié)果表明，使用Actran與流體結(jié)果的混合方法能夠準確預測螺旋槳的非空化噪聲。
圖5 不同頻率下螺旋槳縱向剖面的聲壓云圖
注：此內(nèi)容來自海克斯康工業(yè)軟件2023年用戶峰會投稿論文：《均勻來流下螺旋槳的非空化噪聲預報》，作者：徐龍龍、葉栗栗、王獻忠，武漢理工大學。
展開 仿真案例｜葉片泵空化流動模擬實驗
許多方面可以而且必須在仿真的虛擬層次上進行。因此，在模擬、實驗和分析之間遵循一個很好的平衡策略是很重要的。模擬可能是非常耗時的，因此必須注意，投入不要過量。當然，數(shù)值實驗通常比實際硬件上的測量要便宜得多。此外，仿真技術(shù)現(xiàn)在變得越來越強大，應用范圍也得到了很大的擴展。需要注意的是，只要不可能從這些數(shù)據(jù)（數(shù)值或經(jīng)驗數(shù)據(jù)）導出簡單的模型和視圖，數(shù)值數(shù)據(jù)就可能和經(jīng)驗數(shù)據(jù)一樣無用。
確定靜液壓泵流量極限已被證明是關(guān)鍵一步。在產(chǎn)品設計過程中，開發(fā)工程師需要一種簡單、快速的計算工具來進行純估算。1D建模是滿足這一需求的最有效方法。1D模型具有有限的變量數(shù)目，并允許進行詳細的分析。量綱分析可以用來獲得一個問題的規(guī)則參數(shù)。計算流體力學(CFD)在模型參數(shù)確定或模型改進時起到了很好的支持作用。在這種情況下，流量系數(shù)是一個非常突出的例子。因此，人最終可以得出一個很好的模型，該模型可以用完全開發(fā)的產(chǎn)品的可用實驗數(shù)據(jù)來驗證。在產(chǎn)品設計的下一個周期中應用該模型可能有助于避免以前的缺點。因此，我們嘗試在這個卓有成效的共生體中采用1D模擬和CFD并行的策略。
CFD 模擬策略
在嘗試用CFD進行全3D葉片泵模擬之前，建議從2D可行性研究開始。原因在于FLUENT中的空化模型可能導致求解器的嚴重收斂問題，這需要長期手動調(diào)整求解器的設置。根據(jù)我們的經(jīng)驗，這種情況發(fā)生在靜止的3D流中。此外，葉片泵的全面模擬需要FLUENT中提供的幾種模擬技術(shù)的組合。首先，我們有一個非定常流動問題。正如我們在第1節(jié)中所看到的，靜液壓泵的工作方式是顯式變化的幾何形狀。運動部件的運動不是像渦輪機那樣由純粹的旋轉(zhuǎn)組成的。因此，不存在運動參考系，其中運動部件處于靜止狀態(tài)。動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)的應用是十分必要的。最后，在所注意的泵速度下，工作介質(zhì)是處于高度可壓縮狀態(tài)的流體。
展開 
使用 CFD 仿真預測流體空化，進行精確的全尺寸螺旋槳仿真（免費領文檔）
預測和減少流體空化對于很多工業(yè)應用都至關(guān)重要，包括船舶推進器。計算流體力學 (CFD) 可以用于預測流體空化并在設計流程早期探索備選設計。本白皮書探討船舶推進器空化仿真的重要方面。它評估準確仿真潛在錯誤的相對影響、如何降低其影響以及在比例模型物理測試過程中模擬全尺寸推進器的優(yōu)勢所在。
使用 CFD 仿真預測流體空化并降低其影響
空化是由流體壓力驟降引起的，這樣液體就會產(chǎn)生相變和氣泡。許多液體流動時都會發(fā)生這一現(xiàn)象，尤其是在泵、閥門和推進器之類旋轉(zhuǎn)機械中。流體空化會導致振動、噪聲和腐蝕，并因而導致結(jié)構(gòu)磨損和損壞。在船舶應用中，推進器空化會降低推進效率并對船體和推進器葉片造成腐蝕。因此，準確預測是否會發(fā)生空化、在推進器的哪個部位發(fā)生、確保減少推進器設計次數(shù)或盡可能防止流體空化，都至關(guān)重要。
借助計算流體力學 (CFD) 進行多相建模，對于理解空化而言是不可或缺的工具。對于比例推進器模型進行的物理測試用途有限，因為預測和真實世界的全尺寸操作條件之間存在差異。CFD 可以準確預測空化并迅速用于多種設計研究。
了解如何執(zhí)行準確的空化仿真
通過 Simcenter STAR-CCM+ 之類 CFD 代碼中的通用空化模型，可以準確預測船舶推進器的空化。本白皮書詳細探討運行空化仿真過程中可能遇到的難題。了解如何評估以下對象：
湍流模型
柵格解析度
推進器幾何形狀
尺度效應
對于空化仿真結(jié)果的影響。本白皮書囊括了 SVA Potsdam 公司的 CFD 仿真和實驗數(shù)據(jù)對比。
借助船舶 CFD 仿真推動船舶設計流程
我們堅信，全面的數(shù)字孿生對于船舶創(chuàng)新的未來和效率至關(guān)重要。我們的仿真和測試工具產(chǎn)品組合靈活、開放、可擴展，并且可以在船舶設計流程的每一步提供支持輔助。
展開 超聲清洗數(shù)值仿真 ￥1500
<p> 超聲清洗是利用超聲波在液體中的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E5%8C%96%E4%BD%9C%E7%94%A8/9622940" rel="noopener noreferrer" target="_blank">空化作用</a>、加速作用及直進流作用對液體和污物直接、間接作用，使污物層被<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%88%86%E6%95%A3/8355794" rel="noopener noreferrer" target="_blank">分散</a>、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E4%B9%B3%E5%8C%96/10095794" rel="noopener noreferrer" target="_blank">乳化</a>、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%89%A5%E7%A6%BB/1650347" rel="noopener noreferrer" target="_blank">剝離</a>而達到清洗目的。</p><p> 本案例基于口腔正畸領域的隱形矯治器生產(chǎn)工藝中的矯治器超聲清洗工藝進行數(shù)值仿真，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202302/f5402fdb7c194124ba76b17179dfcd7e.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p>感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎合作交流</p><p><br></p>
展開 超聲聚焦的仿真研究
超聲聚焦廣泛應用于各類工業(yè)設備與技術(shù)中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫(yī)學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術(shù)的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區(qū)域，使組織發(fā)生凝固性壞死。本文將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創(chuàng)超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優(yōu)勢：無需貫穿發(fā)射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內(nèi)部。與外科醫(yī)生使用的醫(yī)療手術(shù)刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據(jù)不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優(yōu)化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區(qū)的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發(fā)射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質(zhì)的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產(chǎn)生的聲場示意圖。
展開 仿真助力超聲聚焦的臨床應用研究
超聲聚焦廣泛應用于各類工業(yè)設備與技術(shù)中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫(yī)學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術(shù)的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區(qū)域，使組織發(fā)生凝固性壞死。本篇文章將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創(chuàng)超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優(yōu)勢：無需貫穿發(fā)射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內(nèi)部。與外科醫(yī)生使用的醫(yī)療手術(shù)刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據(jù)不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優(yōu)化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區(qū)的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發(fā)射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質(zhì)的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產(chǎn)生的聲場示意圖。
換能器發(fā)射的信號有兩種聚焦方式：
修改換能器元件的曲率半徑，使其等于焦距（參考上方示意圖）
對平面陣列換能器施加電壓時引入相位延遲（參考下方示意圖）
圖 2：用于集中聲信號的超聲探頭示意圖，它帶有壓電換能器陣列（相控陣）。換能器由背襯材料、壓電元件以及測試樣品（此圖中為生物組織）的匹配層組成。
很多人選擇使用 COMSOL Multiphysics 對上述兩種方法進行研究。它不僅能模擬超聲傳播，還可以將超聲聚焦仿真與傳熱仿真，甚至是生物組織的損傷規(guī)律耦合在一起。利用這種方式，我們可以快速直觀地觀察聚焦效應是否能夠治愈適量的組織，并檢查凝固性壞死的位置和體積，且所有操作只在一個建模界面內(nèi)完成。
展開 脆性材料超聲振動刻劃仿真
建立了陶瓷超聲振動刻劃仿真模型，供大家交流探討，QQ：1241141892
基于comsol的超聲紅外裂紋摩擦發(fā)熱仿真分析
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</div>
</div><p><strong>超聲紅外熱探測技術(shù)的無損探傷基本原理：</strong></p><p>1、<strong>發(fā)射超聲振動：</strong>超聲紅外熱像技術(shù)是超聲波發(fā)生器產(chǎn)生電信號，產(chǎn)生短脈沖( 50 ～ 200 ms) 、低頻率( 20 ～ 40 kHz) 的超聲波作用于物體表面，超聲波經(jīng)過界面耦合在物體中傳播。</p><p><strong>2、驅(qū)動損傷區(qū)域摩擦發(fā)熱：</strong>遇到裂紋、分層等損傷時，在超聲波的激勵下介質(zhì)損傷兩界面間發(fā)生接觸碰撞，質(zhì)點間的摩擦作用使超聲波產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使損傷處及相鄰區(qū)域的溫度明顯升高，</p><p><strong>3、紅外成像，發(fā)現(xiàn)熱區(qū)：</strong>其對應表面溫度場的變化可用紅外熱像儀觀察和記錄。</p><p><br></p><p> 此次采用comsol的固體力學和固體傳熱模塊復現(xiàn) 超聲致裂紋摩擦發(fā)熱基本原理。</p><p> 其中兩個模塊耦合采用的是固體力學的接觸-摩擦以及相應的摩擦耗散熱進行。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202202/d8ea00fe191141a2b3c48429e6dc7a32.gif"></p><p><br></p>
展開 Abaqus三維超聲振動銑削，含仿真文件 ￥25
Abaqus三維超聲振動銑削仿真
#253 FLUENT案例-離心泵固液兩相流和空化仿真
一、模型情況
如下圖所示的離心泵，模擬內(nèi)流場和空化效應。
二、網(wǎng)格情況
作為演示，使用簡單的全局非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。全局和局部網(wǎng)格情況如下。
三、固液兩相流仿真基本設置
1.穩(wěn)態(tài)計算
固液兩相時，考慮重力。
作空化仿真時，不用考慮。
2.設置湍流模型
使用標準KE湍流模型。
3.設置兩相材料
此處設置為水和作為擬流體的沙。
4.使用歐拉兩相流模型
并將上述兩相材質(zhì)分別賦到兩相成分上。
5.設置動域轉(zhuǎn)速320r/min
6.設置葉片轉(zhuǎn)速
使用相對速度，相對所在域的轉(zhuǎn)速為0r/min.
7.設置入口條件
8.設置出口條件
9.設置交界面
10.初始化后開始計算
11.空化仿真基本設置
進行空化仿真時，多相流模型需要使用Mixture模型；
需要添加氣相材料。并定義液相到氣相的空化效應；
四、基本結(jié)果
1.兩相流仿真結(jié)果
2.空化仿真結(jié)果
氣相分布圖
展開 超聲輔助激光熔覆數(shù)值仿真
超聲輔助激光熔覆利用高能超聲波在熔體中產(chǎn)生的非線性效應，如超聲空化和聲流效應等，來改善熔池內(nèi)增強體與熔體的潤濕性，促使增強體在熔體中均勻分布。同時，聲流攪拌作用將空化效應產(chǎn)生的晶核擴散至整個熔池中，有效提高了形核率，均化了溫度梯度和成分分布，降低了偏析程度。這種結(jié)合了激光熔覆和超聲振動的技術(shù)，可以提高熔覆層的質(zhì)量和性能。
本案例展示了超聲輔助下激光熔覆的動態(tài)過程，仿真結(jié)果如圖所示：
該仿真模型考慮了溫度場+流場+超聲場+動網(wǎng)格技術(shù)，感興趣的朋友，歡迎交流合作！
關(guān)于超聲研磨藍寶石的SPH模擬仿真方法導出磨屑應力云圖的方法
在刀具切削仿真領域，應用SPH算法進行金剛石刀具切削工件逐漸成為一個熱點。應用SPH算法表征材料在加工過程中的磨屑狀態(tài)、損傷情況、亞表面裂紋擴展對于揭示刀具切削原理更加直觀高效，是此方法的最大優(yōu)勢之處。關(guān)于SPH算法的原理及建模思路本帖不加說明，讀者可自行前往技術(shù)鄰平臺搜索閱覽。本帖主要給出金剛石磨粒在加工過程中形成的SPH磨屑狀態(tài)分布云圖方法。
除去磨削力信號、力表面形貌、亞表面工件損傷云圖等直接表征加工好壞的評價指標，通過加工形成的磨屑狀態(tài)也能夠反映刀具的與加工參數(shù)的好壞，從而對加工參數(shù)進行指導。諸如加工合金類通常出現(xiàn)的卷尺狀切屑與加工鑄鐵等硬脆材料出現(xiàn)的團簇狀磨屑等。下圖給出金剛石工具加工藍寶石的磨屑狀態(tài)云圖。
具體方法是通過將SPH粒子顯示成Smooth狀態(tài)，調(diào)整顆粒大小合適（因模型而定），之后后處理中顯示應力云圖，將云圖播放至加工完成狀態(tài)，通過第三方軟件或者LSdyna自帶功能導出云圖，最后可以根據(jù)需要標上比例尺。
圖中可以直觀粒子的分布狀態(tài)與應力分布釋放，同時粒子飛濺大小也可顯示出來，可以根據(jù)磨屑尺度也對標加工切深，這樣就可以建立加工參數(shù)與加工質(zhì)量的關(guān)系了。
圖1金剛石工具加工藍寶石磨屑狀態(tài)云圖
展開 Abaqus軸肩超聲滾壓仿真案例講解
[圖片]
