미세유체공학 및 유체 혼합제약 및 생명공학 연구자들은 종종 "랩 온 어 칩"에 의존하여 샘플과 배양물을 처리합니다. 이러한 장치에는 마이크로미터 단위의 유체 통로가 있는 경우가 많으며, 이 규모의 유체 거동을 설계하고 분석하는 것을 미세유체공학이라고 합니다. 약간 더 큰 규모로 설계된 장치를 밀리플루이딕스(millifluidics)라고 할 수 있습니다. 이 접근 방식으로 설계된 유체 회로는 다양한 동작을 수행할 수 있지만 아래 예에서는 여러 소스의 유체를 원하는 농도로 혼합하는 것을 보여줍니다. SOLIDWORKS Flow Simulation 과 같은 전산 유체 역학 도구를 사용하면 장치를 통한 혼합 동작을 예측하기 위해 여러 유체 소스를 정의할 수 있습니다. 입자를 유체 흐름에 주입할 수도 있으며 이동 거리, 체류 시간 등의 매개변수를 계산할 수도 있습니다. 테슬라 밸브유체 장치에서 체크 밸브와 같은 동작을 달성하기 위해 Tesla 밸브 설계는 움직이는 부품이 없기 때문에 매우 유용합니다! 원래 1920년에 Nikola Tesla에 의해 특허를 받은 이 디자인은 현대 미세유체 장치에 응용되면서 다시 인기를 얻었습니다. Tesla 밸브의 주요 설계 매개변수는 주어진 유량에 대해 역방향과 순방향의 압력 강하 비율 또는 "다형성"입니다. CFD를 사용하면 밸브 형상을 최적화하여 이중성(diodicity)을 최대화할 수 있으며, 이는 유체 속도 및 동적 효과(예: 펄스 또는 맥동 흐름)에 따라 상황에 따라 달라질 수 있습니다. 약물 전달 및 치료약물 전달 장치 및 어플리케이터도 다중 유체 혼합 시뮬레이션의 이점을 누릴 수 있습니다. 흡입기의 경우, 출구에서 목표 약물 농도를 달성하기 위해 시뮬레이션에서 동시에 표현될 수 있는 추진제, 약물 및 주변 공기의 혼합물이 있습니다. 온도를 조절해야 하는 약물에 대한 열 효과도 조사할 수 있습니다. 정맥 주사 또는 피하 주사 약물의 경우 CFD를 단독으로 사용할 수도 있고, 주사기나 펌프의 상세한 모델링이 필요한 경우 유한 요소 분석(FEA)과 함께 사용할 수도 있습니다. 열 관리연결된 의료 기기가 등장하면서 전자 장치 냉각 시뮬레이션은 많은 의료 기기 제품 설계 주기에서 중요한 부분이 되었습니다. 의료 환경에서는 먼지가 튀는 것을 방지하고 오염 위험을 줄이기 위해 자연 대류를 통해서만 열을 발산하는 밀봉된 인클로저를 갖는 것이 바람직할 수 있습니다. SOLIDWORKS Flow Simulation은 이러한 종류의 해석을 매우 간단하게 만듭니다. 기본 설정에서는 중력 방향과 관련 열원 및 고체 재료를 사용하여 장치 방향을 정의하기만 하면 됩니다. CFD 시뮬레이션은 유체 역학과 결합 열 전달의 효과를 결합하여 자연 대류 과정을 표현함으로써 나머지를 처리합니다. 자주 묻는 질문 1. 미세유체 장치는 어디에 사용되나요? 일반적인 응용 분야는 세포 배양, 분석 및 기타 생물학적 응용 분야를 처리하기 위한 "랩 온 어 칩"입니다. 매우 적은 양을 사용하므로 제한된 양의 입력으로 많은 샘플을 처리할 수 있습니다. 유체의 "회로"를 설계하는 능력은 복잡한 동작을 허용합니다. 제한된 양의 입력. 유체의 "회로"를 설계하는 능력은 복잡한 동작을 허용합니다. 생명 과학 응용 분야 외에도 미세유체 장치는 잉크젯 프린터에도 사용됩니다. 2. 미세유체 장치는 어떻게 제조되나요? 미세유체 장치는 CNC 마이크로 밀 또는 화학적 에칭/포토리소그래피로 구성될 수 있습니다. 약간 더 큰 밀리플루이드 규모에서는 Formlabs Biomed Clear Resin과 같은 새로운 살균 가능한 폴리머를 사용하여 3D 프린팅할 수도 있습니다. 3. 기존 규모의 미세유체학과 유체역학의 차이점은 무엇이며, 시뮬레이션 접근 방식에 어떤 영향을 미치나요? 전통적인 규모의 유체 역학과 비교할 때 미세 유체의 액체 흐름은 거의 항상 층류이므로 두 유체의 혼합과 관련된 문제(전통적으로 난류의 이점을 얻음)에는 긴 스네이킹 채널을 포함하여 다른 접근 방식이 필요할 수 있습니다.미세유체 규모에서는 더 큰 규모에서는 일반적으로 무시되는 물리적 효과(예: 액체의 표면 장력 또는 모세관 작용)가 중요한 요소가 될 수 있습니다. 충분히 작은 규모(미세유체 규모의 최하위)에서는 액체의 미끄러짐 길이가 전체 흐름 패턴에 중요한 기여자가 될 수 있으며, 이는 전통적인 "미끄럼 방지" 벽 조건이 안전한 가정이 아닐 수 있음을 의미합니다.유체에 부유하는 입자의 경우 매우 작은 규모에서는 추가 힘을 고려해야 할 수도 있습니다.4. 메쉬 해상도는 유체 흐름 시뮬레이션의 정확성에 어떤 영향을 줍니까? 특히 다중 유체 혼합 문제의 경우 메쉬 설정이 너무 거칠 때 발생하는 "수치적 확산"을 최소화하기 위해 높은 메쉬 미세 조정을 갖는 것이 중요합니다. 수치 확산으로 인해 시뮬레이션의 평균 오류로 인해 시뮬레이션이 예상보다 더 큰 혼합 성능을 갖게 됩니다. 5. 표면 장력 및 모세관 작용과 같은 특수한 경우를 처리하는 측면에서 SOLIDWORKS Flow Simulation은 다른 도구와 어떻게 비교됩니까? SOLIDWORKS Flow Simulation은 설계 시 결정을 내리기 위한 "1차 통과" 시뮬레이션 도구로서 밀리유체학 및 대규모 미세유체 응용 분야에 적합할 수 있지만 표면 장력이나 모세관 현상과 관련된 기능은 없습니다. 더 작은 규모로 표현해야 할 수 있는 이러한 추가 물리학과 관련된 문제의 경우 SIMULIA 에서 사용할 수 있는 추가 유체 시뮬레이션 도구가 있습니다 .6. Tesla 밸브가 미세유체 응용 분야에 자주 사용되는 이유는 무엇입니까? Tesla 밸브 설계의 가장 큰 장점은 움직이는 부품이 없으며 미세유체 장치에 대해 계획된 기존 제조 공정에 따라 채널을 절단할 수 있다는 것입니다. Tesla 밸브는 일반적으로 미시적 규모에서 작동하는 특수 효과에 의존하지 않으며 대규모에서도 잘 작동한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 기존 체크 밸브는 쉽게 구할 수 있고 저렴하기 때문에 대규모로 사용되는 경우는 많지 않습니다. 기존 체크 밸브와 달리 Tesla 밸브에는 항상 약간의 누출이 발생합니다.Tesla 밸브는 흐름 역전이 특히 빈번하거나 격렬한 상황에서 훨씬 더 큰 내구성을 제공할 수도 있습니다. 7. 이중성의 개념과 그 중요성을 설명할 수 있습니까? Tesla 밸브의 주요 성능 특성은 주어진 적용 압력에 대해 역방향 흐름 방향에 대한 정방향 흐름 방향의 유량 비율로 정의할 수 있는 "다형성"입니다. 8. 유체 시뮬레이션이 약물 전달 장치 설계에 어떻게 도움이 됩니까? 선행 유체 시뮬레이션의 가장 큰 이점 중 하나는 먼저 설계 개념에 맞게 원하는 약물 농도와 유속을 달성할 수 있는 가능성을 예측하는 것입니다. 여러 종류의 유체를 정의할 수 있으며 해당 혼합 동작을 직접 계산할 수 있습니다. 나중에 시뮬레이션은 일괄 반복을 위한 기본 제공 실험 설계 도구인 파라메트릭 연구에서 사용할 수 있는 최적화 방법을 사용하여 농도의 균일성 또는 속도와 같은 사항을 미세 조정하는 데 사용할 수 있습니다. 온도가 제어되는 프로세스 측면이 있는 경우 열 효과는 위에 설명된 분석과 동시에 결합될 수 있습니다.9. 유체 시뮬레이션에 클라우드 해석 및 클라우드 결과 공유를 사용하면 어떤 이점이 있습니까? 일반적으로 클라우드 솔빙은 강력한 워크스테이션을 전용으로 사용하거나 엔지니어의 메인 PC를 묶지 않고도 추가 반복 및 실험을 위한 용량을 제공합니다. 클라우드 결과 공유를 사용하면 CFD 사용자가 보고서나 스크린샷을 생성하고 공유하도록 요구하는 대신 조직 내 주요 이해관계자가 시뮬레이션 결과에 직접 액세스하고 해석할 수 있습니다. 10. 유체 시뮬레이션은 열 관리에 어떻게 도움이 됩니까? 처리 중에 약물이나 기타 유체의 온도를 조절하거나 전자 장치나 기타 장치를 냉각시키려는 시도와 같은 열 관리와 관련된 많은 문제가 있을 수 있습니다. 두 경우 모두 CFD는 열 효과와 유체 효과를 동시에 시뮬레이션할 수 있으므로 매우 유용한 도구입니다. 예를 들어 수동 냉각 전자 장치의 경우 실제로 필요한 것은 열원, 고체 재료 특성 및 중력 방향을 정의하는 것뿐입니다. 그런 다음 솔버는 가열된 공기가 상승하고 더 차가운 공기와 함께 고체와 주변 공기 사이의 복합 열 전달을 처리합니다. 그 자리를 채우고 자연 대류의 흐름을 형성합니다. 유체역학의 유체 흐름의 여러가지 유형▶