Тракцирование частиц - это численный метод расчета путей отдельных частиц путем решения их уравнений движения с течением времени. В отличие от многих других методов, используемых в программном обеспечении COMSOL Multiphysics®, трассировка частиц решает ряд дискретных траекторий, а не непрерывное поле.
Частицы, которые вы моделируете, могут представлять ионы, электроны, биологические клетки, песчинки, снаряды, капли воды, пузыри или даже планеты или звезды. В зависимости от того, какие частицы моделируются, вы можете выбрать из множества встроенных сил, которые влияют на их движение. Например, вы можете предсказать, как электроны движутся в электрических и магнитных полях, или как пыль оседает из-за гравитации и атмосферного сопротивления. Вы также можете контролировать исходное положение и скорость высвобождаемых частиц и указывать, что происходит с частицами, когда они попадут в границы геометрии.

Отслеживание заряженных частиц
Точное прогнозирование движения ионов или электронов в прикладных полях имеет важное значение для проектирования спектрометров, электронных пистолетов и ускорителей частиц. Применимые поля могут быть определены пользователем или взяты из предыдущего анализа. Такие поля могут быть стационарными, зависящими от времени или решенными в частотной области. Вы можете применить любое количество различных полей, что позволит вам наносить стационарные и временно-гармонические поля в одной и той же симуляции.
Движение частиц редко происходит в идеальном вакууме. Вы можете превратить любую модель трассировки частиц в модель столкновения Монте-Карло, давая частицам шанс столкнуться с молекулами в окружающем газе. Это может привести к изменению направления частиц или даже подвергнуться таким реакциям, как ионизация и обмен зарядами.
Простейшие модели трассировки заряженных частиц включают в себя однонаправленную (односторонную) связь, где поля разрешаются, а затем используются для определения сил на частицах. Если заряженные частицы находятся в луче достаточно высокого тока, тогда может потребоваться рассмотреть двунаправленную (двухстороннюю) связь, где частицы могут встревожить поле. Встроенные типы анализа доступны для удобной настройки двунаправленных моделей.

Отслеживание частиц для потока жидкости
Дисперсия и испарение воздушных капель воды, миграция биологических клеток в лабораторном устройстве и воздействие отложений на стенки нефте- и газопроводов являются примерами отслеживания частиц для потока жидкости.
Для частиц в жидкости наиболее важными силами часто являются сопротивление и гравитация. В зависимости от применения также могут применяться дополнительные силы, такие как электрические, магнитные, термофоретические и акустические радиационные силы. Движение частиц может включать случайный компонент, если жидкость турбулентная или если частицы достаточно малы, чтобы коричневое движение было значительным.
Все частицы могут иметь одинаковый размер или они могут быть отобраны из распределения размеров. Дополнительно, вы можете смоделировать нагрев или охлаждение частиц по их окружению или заставить частицы набирать или терять массу по мере их распространения.
Для более крупных частиц полная инерциальная обработка уравнений движения точно предсказывает, как каждая частица будет ускоряться в окружающей жидкости. Скорость жидкости может быть напечатана вручную или взята из предыдущего анализа. Также доступны некоторые приблизительные методы для значительного сокращения времени моделирования, особенно для мелких частиц с незначительной инерцией.

Математическое Отслеживание Частиц
В качестве альтернативы встроенной функциональности для трассировки заряженных частиц и трассировки частиц для потока жидкости, модуль трассировки частиц включает в себя интерфейс общего назначения для решения любого уравнения частиц движения, которое вы можете указать. Вы можете включить любое количество определяемых пользователем функций выпуска, граничных условий, условий домена и сил.
Варианты определения сил на частицы включают использование второго закона движения Ньютона или, косвенно, путем указания лагранжа или гамильтона для системы частиц.