Abhängig von der Struktur und Größe des Microfluidic-Chips unterteilt sich die Modellierungsmethode inSystemniveau-DesignundGeräteebene Konstruktion.

Systemebenes Design wird auch als Makromodelldesign bezeichnet, insbesondere die Modellierung der gesamten Chipstruktur als Objekt und die regelmäßige Konstruktion von Eingängen, Ausgängen und Steuerungen. Häufige Systemebene-Design-Methoden umfassenModellierung、Äquivalente Schaltungsmethode、Direkte Abbau、Abbau der GesamtparameterWarten Sie.

1. Verhaltensmodellierung

Verhaltensmodellierungsmethode bezieht sich auf die Aufteilung des gesamten Microfluidics-Chips in mehrere funktionelle Komponenten und die Modellierung der einzelnen funktionellen Komponenten. Anschließend wird das Schnittstellensignal mit einer Fourier-Reihe verarbeitet, um den gesamten Chip zu modellieren. Diese Methode hat Probleme mit übermäßiger Vereinfachung und niedriger Genauigkeit. Bei der Konstruktion komplexer Mikrofluidsysteme, wenn die Vereinfachung der Teile mehr ist, werden die Fehler, die entstehen, sich akkumulieren und die Gesetze der Physik nicht wirklich widerspiegeln.

2. Äquivalente Schaltkreise

Äquivalente Schaltungsmethode ist auch als Knotenanalyse bekannt, insbesondere basierend auf der Ähnlichkeit des untersuchten Objekts und der Schaltung, das mathematische Modell der nicht-elektrischen Komponenten mit der physikalischen Größe der elektrischen Eigenschaften zu simulieren, das heißt, die physikalische Größe des untersuchten Problems in physikalischen Parametern wie Widerstand, Kapazität, Induktion und anderen auszudrücken, und dann zu einer "Äquivalentschaltung" zu bauen.

3. Direkter Abbau

Die direkte Abgradmethode verwendet die Methode der Trajektorannäherung, die Ortogonale Zerlegung und andere Methoden, um die Partialdifferenzgleichungen, die die Phänomene der Chipphysik beschreiben, direkt abgradbar zu behandeln, sie auf eine normale Differenzgleichungsgruppe zu reduzieren und dann auf eine algebraische Gleichungsgruppe nach der Lösung zu vereinfachen. Die direkte Abgradmethode ermöglicht die Abgradung komplexerer Komponenten, wodurch ein vereinfachtes Makromodell entsteht. Da die Abstufverarbeitung einige Informationen verlassen muss, die die physikalischen Eigenschaften des Chips beschreiben, gibt es eine gewisse Abweichung vom realen Modell.

4. Sammlung von Parametern

Die Methode der Abstiegung der Gesamtparameter bezieht sich auf die Anpassung der Multinomialkurven der Simulationsergebnisse auf der Grundlage der statischen Simulation, um ein Makromodell der Gesamtparameter des Systems zu erhalten, wie das Makromodell der Gesamtmasse des Systems, das Makromodell der Gesamtdämpfung des Systems usw.

Geräteebene Konstruktion ist ein Design, das sich auf einen kritischen Aspekt eines Chips richtet und seine Evolutionsgesetze untersucht. Die Konstruktion auf Geräteebene wird hauptsächlich durch numerische Simulationsmethoden realisiert, einschließlich der Endelemente-Methode, der Enddifferenz-Methode, der Endvolumenmethode, der Spektromethode und anderer numerischer Simulationsmethoden.

Mit Hilfe der oben genannten Methoden können Sie spezielle Software oder Programmierung verwenden, um ein Modell der Evolution des Betriebs von Mikrofluiden-Chips zu erstellen, um bestimmte Lösungen zu demonstrieren, zu bewerten und zu optimieren. Derzeit ist der Einsatz von professioneller Software für die computergestützte Konstruktion von Micro-Fluid-Chips (oder MEMS) eine wichtige Modellierungsmethode, bei der die Programmierung hauptsächlich für die Forschung theoretischer Mechanismen verwendet wird. Zu den gängigen Spezialprogrammen gehören COMSOL Multiphysics (Endelemente-Methode), CFD-ACE+ (Endvolumenmethode) und CoventorWare (Endelemente-Methode), die nicht nur für MEMS entwickelt wurden, sondern auch für Funktionsmodule in anderen Forschungsbereichen. Darüber hinaus gibt es einige Software, die speziell für das Design von Micro-Fluid-Chips entwickelt wurde, wie IntelliSuite, MEMS Pro, TannerPro, HFSS usw. Unter ihnen,IchntelliSuiteEs kann nicht nur für die optimierte Konstruktion von Chipstrukturen verwendet werden, sondern auch für die Parameteranalyse, Systemsimulation und Verpackungsanalyse.

Die Konstruktion auf Geräteebene folgt den physikalischen Gesetzen der Mechanik, des Flusses, der Wärmeübertragung und anderen, hat eine hohe Genauigkeit, aber die Berechnungsmenge ist groß und kann in der Regel keine numerische Simulation des gesamten Systems durchführen. Das Design auf Systemebene richtet sich an die gesamte Mikrofluidik-Chipstruktur und ist eine grobe körnige Methode, die die physikalischen Gesetze des Systems beschreibt, mit relativ niedriger Genauigkeit, aber schneller Berechnungsgeschwindigkeit. Daher können die Vorteile der oben genannten beiden Methoden kombiniert werden, Geräteebene-Design an kritischen Teilen des Chips und Systemebene-Design an nicht-kritischen Teilen verwendet werden, um eine Makro-Mikrodesign-Methode zu bilden.

Makro-Mikrodesign-MethodenGrundgedanken:

(1) Komplexe Mikrofluidsysteme in einfache Einheiten und komplexe Einheiten unterteilen.

(2) Für einfache geometrische Topologien wie gerade Kanäle, Speicherbecken und Kurven, die in einer bestimmten Richtung größer sind, werden Methoden wie die Trennvariablenmethode oder die Überlagerung von Basisfunktionen verwendet, um eine Lösung zu finden.

(3) Bei komplexen geometrischen Topologien (z. B. dreidimensionalen Chaos-Mixed-Einheiten) werden numerische Simulationsmethoden verwendet.

(4) Verwenden Sie Datenanpassung und Diskretisierungsmethoden, um Brücken zwischen einfachen und komplexen Einheiten zu schaffen. Anschließend werden alle Einheiten mit der gleichen Methode überbrückt und das gesamte System durch eine zyklische Iterationsberechnung gelöst.