De acuerdo con la estructura y la escala del chip microfluídico, su método de modelado se divide enDiseño a nivel de sistemayDiseño a nivel de dispositivo.

El diseño a nivel de sistema también se llama diseño de macromodelo. específicamente, se basa en toda la estructura del chip como objeto de modelado para diseñar regularmente la entrada, salida y control. Los métodos comunes de diseño a nivel de sistema incluyenMétodo de modelado、Método de circuito equivalente、Método de reducción directa、Método de reducción de parámetros agregadosEspera.

1. método de modelado de comportamiento

El método de modelado de comportamiento se refiere a la descomposición de todo el chip microfluídico en múltiples componentes funcionales y el modelado de cada componente funcional. Luego, la señal de interfaz se procesa con la serie fft, logrando así el modelado de todo el chip. El método tiene problemas de simplificación excesiva y baja precisión. Al diseñar un complejo sistema de control de microflujo, si hay más partes simplificadas, se acumularán los errores generados y no se pueden reflejar realmente las leyes físicas.

2. método de circuito equivalente

El método de circuito equivalente, también conocido como método de análisis de nodos, se basa específicamente en la similitud entre el objeto estudiado y el circuito, y el modelo matemático de los componentes no eléctricos se simula con las cantidades físicas de las características eléctricas, es decir, las cantidades físicas del problema estudiado se expresan en parámetros físicos como resistencias, condensadores e inductores, y Luego se construyen en "circuitos equivalentes" para resolverlo.

3. método de reducción directa

El método de reducción directa utiliza el método de aproximación de trayectoria, el método de descomposición ortogonal, etc., para reducir directamente el orden de las ecuaciones diferenciales parciales que describen los fenómenos físicos del chip, reduciéndolas al sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias, que luego se simplifica al sistema de ecuaciones numéricas y luego se resuelve. El método de reducción directa puede reducir el orden de los componentes más complejos, obteniendo así un macromodelo simplificado. Debido a que el procesamiento de reducción de orden requiere renunciar a alguna información que describe las características físicas internas del chip, habrá una cierta desviación del modelo real.

4. método de reducción de parámetros agregados

El método de reducción de parámetros agregados se refiere al ajuste de la curva polinómica de los resultados de la simulación sobre la base de la simulación estática, obteniendo así el modelo macro de parámetros agregados del sistema, como el modelo macro de masa agregada del sistema y el modelo macro de amortiguación agregada.

El diseño a nivel de dispositivo es un diseño para estudiar las leyes de evolución de un eslabón clave del chip. El diseño a nivel de dispositivo se realiza principalmente mediante métodos de simulación numérica, incluyendo el método de elementos limitados, el método de diferencia limitada, el método de volumen limitado, el método espectral y otros métodos de simulación numérica.

Con la ayuda de los métodos anteriores, se puede utilizar software profesional o programación para establecer un modelo evolutivo de funcionamiento de chips microfluídicos, con el fin de demostrar, evaluar y optimizar programas específicos. En la actualidad, el diseño asistido por computadora de chips microfluídicos (o microelectromes) con software profesional es un método de modelado principal, en el que la programación es principalmente adecuada para la investigación de mecanismos teóricos. Los programas informáticos profesionales comunes incluyen comsol multiphysics (método de elementos limitados), cfd - ACE + (método de volumen limitado), coventorware (método de elementos limitados), etc. este tipo de software no solo está diseñado para micro - sistemas, sino que también tiene módulos funcionales en otros campos de Investigación. Además, hay algunos programas informáticos especializados en el diseño de chips microfluídicos, como intellisuite, MEMS pro, tannerpro, hfss, etc. Entre ellos,YontelliSuiteNo solo se puede utilizar para optimizar el diseño de la estructura del chip, sino que también incluye análisis de parámetros, simulación del sistema, análisis de encapsulamiento y otras funciones.

El diseño a nivel de dispositivo sigue las leyes físicas de la mecánica, el flujo y la transferencia de calor, con alta precisión, pero la cantidad de cálculo es grande, por lo general no se puede lograr la simulación numérica de todo el sistema. El diseño a nivel de sistema está dirigido a la estructura general del chip microfluídico, que es un método de grano grueso para describir las leyes físicas del sistema, con una precisión relativamente baja, pero una velocidad de cálculo rápida. Por lo tanto, se pueden integrar las ventajas de los dos métodos anteriores, utilizando el diseño a nivel de dispositivo en las partes clave del CHIP y el diseño a nivel de sistema en las Partes no clave para formar un método de macrodiseño.

Método de diseño macro - microIdeas básicas:

(1) el complejo sistema de control de microfluídicos se divide en unidades simples y unidades complejas.

(2) para las topologías geométricas simples, como canales directos, tanques de almacenamiento de líquidos y curvas a gran escala en una determinada dirección, se utilizan métodos como el método de variables separadas o la superposición de funciones de base para modelar y obtener soluciones analíticas.

(3) para estructuras topológicas geométricas complejas (como unidades híbridas caóticas tridimensionales), se utiliza el método de simulación numérica para resolverlas.

(4) utilizando el método de ajuste y discretización de datos, se realiza el puente entre unidades simples y unidades complejas. Luego, todas las unidades se puente de la misma manera y todo el sistema se resuelve a través de cálculos iterativos circulares.