Mikroreologické modelování nástrojem COMSOL Multiphysics

Abstract

Tato bakalářská práce se zaměřuje na modelování Brownova pohybu pomocí nástroje COMSOL Multiphysics a modulu Particle Tracing. Cílem práce bylo navrhnout a vytvořit základní modely, které budou schopny věrně simulovat pohyb mikročástic ve viskózním a viskoelastickém prostředí, využitelné pro modelování pasivní mikroreologie. V rámci této práce byly vytvořeny skripty v programu Matlab pro výpočet MSD z výsledků simulací, byla provedena validace viskózního modelu s experimentálními daty a dále byly navrženy základní modely pro simulaci viskoelastického prostředí. Pro návrh těchto modelů byly zvoleny dva odlišné postupy, a to využití rigidních překážek za předpokladu diskrétního prostředí a matematický model uvažující kontinuální prostředí. Data z viskózního modelu prokázala dobrou shodu s experimentálními výsledky. Výsledky z viskoelastických simulací jsou prezentovány a je diskutován další možný vývoj těchto modelů pro možné praktické využití. Nejblíže se viskoelastickému chování přiblížil kontinuální matematický model, kdy bylo u vyhodnocení MSD pozorováno charakteristické zakřivení.

This bachelor thesis focuses on modeling Brownian motion using the COMSOL Multiphysics package and its Particle Tracing module. The aim of the work is to design and create elementary models that will be able to suitably simulate the movement of microparticles in viscous and viscoelastic environments, which can later be used for modeling passive microrheology. Within this work, Matlab scripts were created for the calculation of MSD from the simulation results, validation of the viscous model was performed on experimental data and elementary models for the simulation of the viscoelastic environment were also designed. Two different approaches were chosen for the design of these models, namely the use of rigid obstacles under the assumption of a discrete environment and a mathematical model assuming continuous environment. Data from the viscous model showed good agreement with the experimental results. The results of viscoelastic simulations are presented, and further possible development of these models is discussed. The continuous mathematical model is considered closest to modeling viscoelastic behavior because of a characteristic curvature that was observed in the evaluation of MSD.