De acordo com a estrutura e tamanho do chip de microfluido, seu método de modelagem é dividido emDesign a nível de sistemaeProjeto de nível de dispositivo- É.

O design em nível de sistema também é chamado de design de macro-modelo, especificamente, é modelado com toda a estrutura do chip como objeto, com o design regular de entrada, saída e controle. Os métodos comuns de design a nível de sistema incluem:Modelagem、Lei de circuito equivalente、Metodo de descida direta、Metodo de descida de parâmetros totaisEsperem.

1 - Modelagem de comportamento

O método de modelagem comportamental consiste em dividir todo o chip de microfluido em vários componentes funcionais para modelar cada componente funcional. Em seguida, o sinal da interface é processado usando a série de Fourier para modelar todo o chip. O método tem problemas de simplificação excessiva e baixa precisão. Ao projetar sistemas de microfluidos complexos, se as partes forem simplificadas, os erros resultantes se acumularão e não refletirão verdadeiramente as leis da física.

2) Circuito equivalente

O método de circuito equivalente também é conhecido como método de análise de nós, especificamente de acordo com a semelhança entre o objeto estudado e o circuito, o modelo matemático de componentes não elétricos é simulado com a quantidade física das propriedades do aparelho elétrico, ou seja, a quantidade física do problema estudado é representada em parâmetros físicos como resistência, capacitor, indução e outros, em seguida, construído para resolver o "circuito equivalente".

3 – Descanso Direto

O método de descida direta usa o método de aproximação da trajetória, a descomposição ortogonal, etc. para o tratamento de descida direta do conjunto de equações diferenciais parciais que descrevem o fenômeno físico do chip, reduzindo-o a um grupo de equações diferenciais comuns e, em seguida, simplificando-o para a solução posterior de equações álgebricas. A descida direta permite descer componentes mais complexos, resultando em um modelo macro simplificado. Como o processamento descendente requer a renúncia a algumas informações que descrevem as propriedades físicas internas do chip, haverá algum desvio do modelo real.

4. Metodo de redução de parâmetros agregados

O método de descida de parâmetros totais do conjunto refere-se à adaptação de curvas polynômicas dos resultados da simulação com base na simulação estática, para obter o modelo macro de parâmetros totais do conjunto do sistema, como o modelo macro de massa total do conjunto do sistema, o modelo macro de amortiguação total do conjunto, etc.

O design a nível de dispositivo é o design realizado para estudar as leis da evolução de um elemento-chave do chip. O projeto a nível de dispositivo é implementado principalmente usando métodos de simulação numérica, incluindo o método de elementos finitos, o método de diferenciação finita, o método de volume finito, o método espectral e outros métodos de simulação numérica.

Com este método, você pode usar software ou programação especializada para criar modelos de evolução de operações de chips de microfluidos para argumentar, avaliar e otimizar soluções específicas. Atualmente, o uso de software especializado para o design assistido por computador de chips microfluidos (ou MEMS) é um dos principais métodos de modelagem, onde a programação é aplicada principalmente à pesquisa teórica de mecanismos. Os softwares profissionais comuns incluem COMSOL Multiphysics (Método de Elementos Finitos), CFD-ACE+ (Método de Volume Finito), CoventorWare (Método de Elementos Finitos), etc., que são projetados não apenas para MEMS, mas também para módulos funcionais em outras áreas de pesquisa. Além disso, existem softwares dedicados ao design de chips de microfluidos, como IntelliSuite, MEMS Pro, TannerPro, HFSS e outros. Entre eles,EuntelliSuitePode ser usado não apenas para projetos otimizados de estruturas de chips, mas também para análise de parâmetros, simulação de sistemas e análise de embalagens.

O projeto de nível de dispositivo segue leis físicas como mecânica, fluxo e transferência de calor, com alta precisão, mas com grande quantidade de cálculo, geralmente não é possível fazer uma simulação numérica de todo o sistema. O design de nível de sistema para a estrutura do chip de microfluido como um todo é um método de granularização grosseira para descrever as leis físicas do sistema, com precisão relativamente baixa, mas velocidade de cálculo rápida. Portanto, as vantagens dos dois métodos acima podem ser combinadas, usando o design de nível de dispositivo em partes críticas do chip e o design de nível de sistema em partes não críticas, formando um método de macro-microdesign.

Método de macro-microdesignA ideia básica:

(1) Dividir sistemas de microfluidos complexos em unidades simples e unidades complexas.

(2) Para uma topologia geométrica simples, como canais rectos, piscinas de armazenamento de líquidos e curvas de maior escala em uma determinada direção, o uso de métodos como o método de separação de variáveis ​​ou sobreposição de funções de base para obter soluções analíticas.

(3) Para topologias geométricas complexas (como unidades de mistura de caos tridimensional), o método de simulação numérica é usado.

(4) Usar métodos de adaptação e descentralização de dados para fazer uma ponte entre unidades simples e unidades complexas. Em seguida, todas as unidades são ponteadas com a mesma abordagem e todo o sistema é resolvido por meio de cálculos de iteração cíclica.