חברת Miele מיקסמה את יכולותיו של דגם כיריים אינדוקציה בעזרת ®COMSOL Multiphysics

חברת Miele מיקסמה את יכולותיו של דגם כיריים אינדוקציה בעזרת ®COMSOL Multiphysics

מעבדות Miele, המובילה העולמית במכשירי חשמל ביתיים, השתמשו בסימולציה ובגישת המולטיפיזיקליות, על מנת לשפר, לוודא ולייעל את דגם כיריים אינדוקציה, אשר מסוגל לנצל למעלה מ 90 אחוז מהאנרגיה שמושקעת בחימום אוכל. הסימולציה איפשרה ל Miele ליצור כיריים יותר מדויקים מכיריים גז, וכאלו שעדיין מספקים ניצול אנרגיה יעיל יותר.

בהתחלה כיריים אינדוקציה עוצבו בתהליך של ניסוי וטעייה, כאשר החוקרים הסתמכו על הניסיון שלהם לגבי ההערכה הראשונית של מה צריכים להיות התדר, גודל הסליל ותפוקת החשמל. התוצאות כל פעם השתנו עד שנצפה הביצוע הטוב ביותר שהפך לדגם הסופי. תהליך זה יכול להיות יקר מאוד וצורך הרבה זמן, והמהנדס נשאר בלי מידע מספיק כדי לדעת מה קורה במערכת, והאם התהליך אכן היה הכי יעיל.
"סימולציה מאפשרת להפיק מידע שאין שום סיכוי להשיג אותו בניסוי", אומר שרודר, מעצב הכיריים אינדוקציה במעבדות Miele. "בעזרת סימולציה אפשר לקבל מושג טוב יותר לגבי מה מתרחש בתוך סליל או סיר, כך שאפשר לדעת מה צריך לייעל". השימוש בתוכנת קומסול מולטיפיזיקס איפשר לצוות החוקרים של Miele למצוא את סט התנאים האופטימאלי עבור עיצוב הכיריים. בתהליך בניית הכיריים נתקלו החוקרים באתגרים שונים, כאשר המרכזי היה, שהסליל של הכיריים ייצר שדה מגנטי שעשה רעש כאשר זרמים חשמליים עברו בסיר שהונח על הסליל. ע"י שימוש בסימולציה החוקרים מצאו את תדירות הזרם הנכונה ואת עיצוב הסליל המתאים, כך שיופק הכי פחות רעש. בזכות כלי הסימולציה של ®COMSOL Multiphysics החוקרים של Miele הצליחו לבנות כיריים שהם כמעט דוממים לאוזן האנושית.

כשהגיע הזמן לבחון את האבטיפוס, מהנדסי Miele התרשמו מאוד מהתוצאות שהם מצאו. "זה היה מדהים" אומר שרודר, "מצאנו כי התוצאות החזויות ע"י הסימולציות שלנו, היו בהתאמה גבוהה מאוד למדידות האבטיפוס שהוצגו, משהו שקורה לעיתים נדירות בתוכנות אחרות". כיוון שהסימולציות שלהם הציגו בצורה מדויקת את ביצועיו של האבטיפוס, מעבדות Miele הצליחו לחסוך זמן פיתוח רב מאוד, ולצמצם ב 80% את מספר הניסויים שנזקקו על מנת לגבש את הדגם הסופי.
הסיפור נלקח ממגזין 2013 ®COMSOL

Error: Contact form not found.

"קרני המוות" במלון Vdara בלאס וגאס – איך ®COMSOL יכולה לחסוך כל כך הרבה עוגמת נפש

שכחו מקרם הגנה – נגד "קרני המוות" שום דבר לא יעזור!
בבריכה אחת בבית מלון בלאס וגאס כדאי שתשקלו ללבוש שריון על כל הגוף כדי להגן על עצמכם מפני קרני השמש העוצמתיות.

אורחים בבית המלון Vdara התלוננו כי, קרני השמש, גורמות לכוויות קשות, בתופעה שזכתה לכינוי "קרני המוות". התקבלו דיווחים כי אפילו כוסות ושקיות פלסטיק הותכו מהחום, שהגיע בשעות השיא ל- 70 מעלות!
בשל צורתו הקעורה של מלון Vdara ועקב כשל אדריכלי בתכנון הזכוכיות המצפות את בית המלון הגבוה, השמש החזקה של נוואדה שולחת קרניה אל חזית המלון, והקרניים מתעצמות ומוקרנות אל אזור הבריכה בטמפרטורה גבוהה מאוד.
"תוך 30 שניות החלק האחורי של הרגליים שלי נשרף, המחשבה הראשונה שעלתה לי לראש הייתה – לא יאומן, שכבת האוזון נהרסה!", זו הייתה אחת התגובות של קורבן "קרני המוות".

הבעלים של המלון טוען כי הוא היה מודע לסוגיה, וצוות של מתכננים עבד על מציאת פתרונות. למעשה הסתבר כי מתכנני המלון חזו את התופעה מראש, והם חשבו שפתרו אותה ע"י התקנת ציפוי בטכנולוגיה גבוהה בשמשות הזכוכית שפונות לצד הדרומי. אך התוצאות מדברות בעד עצמן והוכח כי הפתרון לא היה מספיק בכלל.

בית המלון Vdara נפתח רק כמה חודשים לפני שתופעת "קרני המוות" התגלתה, כיוון שהקרניים הסולאריות שמגיעות מהשמש ומוקרנות על שמשות המלון וחוזרות בעוצמה לאזורים ספציפיים של הבריכה, צריכות להגיע בזווית מסוימת שמשתנה עם סיבוב כדור הארץ.
בעיה כה פרקטית כמו זו יכולה להיבדק בצורה אפקטיבית ביותר כבר בשלב התכנון, ע"י שימוש במודול Ray Optics של ®COMSOL Multiphysics, קבלת תוצאות תואמות מציאות, וחיסכון עצום בזמן, כסף, עוגמות נפש, בעיות משפטיות וכן הלאה וכן הלאה.

מבצעים אופטימיזציה לצורתן של חזיתות מורכבות של מבנים בעזרת ®COMSOL Multiphysics

ע"י שימוש בסימולציה מולטיפיזיקלית בכדי להבין את האינטראקציה בין משתנים סביבתיים, גיאומטריים ומבניים, מהנדסים ב Newtecnic מבטיחים כי חזיתות חדשניות של בניינים הן גם מרשימות וגם ניתנות לבנייה.

דינאמיים, טקסטוראליים וסימבוליים; בין אם הם מאתגרים באופן שאפתני את כוח המשיכה או צומחים בצורה אורגאנית מהנוף, מבנים אייקוניים כוללים לעיתים קרובות חזיתות מורכבות. מתוכננים לא רק לטובת הגנה, הם גם מסדירים משתנים כמו נוחות תרמית וחזותית. כמומחית בתחום הזה, Newtecnic מתכננת ומנתחת מערכות חזית לשימוש בפרויקטים ציבוריים בפרופיל גבוה ועובדת בצמוד עם זאהה חדיד אדריכלים, פירמה המזוהה עם צורות אדריכליות נועזות וגמישות.
מייסדי Newtecnic והמנהלים הנוכחיים, אנדרו ויסמין ווטס, ידועים בשל עבודתם על פרויקטים חשובים כולל ה- Federation Square האייקוני במלבורן, אוסטרליה, ויותר עכשווי, מרכז התרבות ע"ש היידר אלייב בבאקו, אזרבייג'ן
הנורמה של Newtecnic היא לבצע כל פרויקט על פי דרישותיו של הלקוח, וכל פרויקט מצריך חשיבה הרבה מעבר לתכנון קונספטואלי בלבד. אדריכלים מספקים את הזווית האומנותית ולעיתים גם תרשימים של תכנון המבנה. לאחר מכן המהנדסים של Newtecnic בונים את החזית בשכבות, תוך וידוא כי העיצוב שומר על היצירתיות שלו ובנוסף מבטיח את אחדות המבנה.

"הלקוחות שלנו מחפשים פתרונות תכנון יישומיים וכלכליים, אשר עונים על מטרות הביצוע הדרושות, עומדים בפני תופעות סביבתיות, וקלים לתחזוקה", אומר כרמלו גלנטה, מנהל מחלקת המו"פ ב- Newtecnic. "היבט עיקרי בעבודה שלנו הינו תיאור ההתנהגות הפיזיקלית של מערכות החזית שאנחנו מתכננים".

ממחקרים סולאריים המאפשרים אופטימיזציה של תכנון ההצללה במטרה להפחית את נטל הקירור ולמקסם את הנוחות החזותית, עד לדרך בה סוגרים קבועים לשכבות מגן של rainscreen משפיעים על בטיחות הבידוד, ישנם אתגרים רבים שיכולים להיפתר בעזרת סימולציה.
מעבר לתכנון קונספטואלי – בזכותה של סימולציה

תוכנת ®COMSOL Multiphysics הפכה לכלי מפתח עבור Newtecnic. גלנטה מסביר: "אנחנו למעשה יכולים לעשות הכל במסגרת של תוכנות סימולציות אחת. אני משתמש ב- ®COMSOL כדי לחקור את אפקט הגישור התלת מימדי – הדרך בה חומרים מוליכים מאוד חודרים את הבידוד – על כל ההתייעלות האנרגטית של המבנה, מעריך את הטמפ' המקס' של הרכיבים, ובוחר את המוצר או החומר המתאימים ביותר. אני יכול להעריך את לחצי שכבת המגן על המבנה עבור שלבי תכנון סכמתיים, ולחקור חזיתות מורכבות יותר בהן אוורורים מכאניים וטבעיים פועלים בו זמנית. אני גם יכול להעריך כיצד תצורות תכנון שונות ישפיעו על הביצוע ההיגרותרמי של מערכת החזית".
ע"י שימוש בפונקציית ייבוא CAD הזמינה בתוכנת ®COMSOL, גלנטה פעמים רבות מייבא גיאומטריות מורכבות, לרוב מתוכנות Autodesk AutoCAD ו- Rhinoceros. השימוש בתוכנת Autodesk Revit גם גובר ב- Newtecnic, והוא מחשיב את המודול LiveLink for Revit החדש, תוסף של ®COMSOL המאפשר למשתמשים לממשק את הסימולציות שלהם עם סביבת העבודה של Revit, כנכס עתידי רב עוצמה. גלנטה משלב בנוסף את השימוש ב- ®COMSOL עם כלי תכנון פרמטריים כגון שפת התכנות Grasshopper, שמשתמשים בה לבנייה וניתוח של גיאומטריות מורכבות במונחים של אלגוריתמים גנרטיביים.
פרויקט נוכחי אחד ב- Newtecnic כולל תכנון של מערכת חזית של בניין פרטי בפרופיל גבוה הכולל סדרה של קונכיות בטון עם תמיכה עצמית באורך שנע בין 10 ל- 80 מטר וגובה שיכול להגיע ל- 30 מטר. קונכיות הבטון מכוסות במערכת חזית rainscreen העשויה מלוחות קרמיים מעוקלים כפליים במטרה לשכפל במדויק את גיאומטריית המבנה. כל לוח נתמך בפינותיו ע"י סוגרים קבועים מותאמים העשויים מפלדת אל-חלד. סוגרים אלו מחוברים למבנה הבטון בארבע משענות. כאשר הסוגרים חודרים את שכבת הבידוד ויש להם מוליכות תרמית הרבה יותר גבוהה מאשר למבנה הבטון, הם יוצרים גשרים תרמיים דרך מעטפת החזית, דבר המפחית בצורה משמעותית את הביצוע התרמי שלהם.
ע"י ביצוע פשוט של מחקר דו-מימדי ב- ®COMSOL, גלנטה בחן כיצד אפקט הגשר התרמי שנוצר ע"י הסוגרים השפיע על התפלגות הטמפ' בחזית. תוצאות הסימולציה הוכנסו לסקריפט של תוכנת Grasshopper בכדי להעריך שלושה תחומי עניין: אלו שהושפעו ע"י סוגר אחד, אלו שהושפעו ע"י שני סוגרים או יותר, ואלו שלא הושפעו כלל. גלנטה אחרי כן יכול היה להכין גיאומטריה מדויקת עבור המערכת, כולל כל רכיבי הבנייה. "זהו יתרון גדול מאוד להיות מסוגל לשלב שני כלים. Grasshopper מאפשרת לי לחקור את הגיאומטריה בקנה מידה גדול מאוד – זה של כל המבנה – ואז אני חוזר ל- ®COMSOL עם הידע הזה ויוצר מודל תלת מימד מפורט מאוד בכדי לתפוס את הפיזיקה האמיתית של המערכת".

ע"י שימוש בגישה זו, גלנטה היה מסוגל לבצע אנליזה ב- 3D כדי לחקור את אפקט הגשר התרמי בסוגר ובמבנה המקיף, ולחשב את מקדם מעבר החום הגלובאלי של החזית. "השימוש בסימולציה מולטיפיזיקלית איפשר לי לפתח הבנה טובה יותר של המצב האמיתי. אני יכול לשלב זרימה עם מעבר חום דרך הולכה, הסעה וקרינה, כלומר אני יכול להעריך ביסודיות את התגובות ההדדיות של תופעות פיזיקליות שונות ולדעת את ביצועיהם של מבנים וחומרים שונים".
הסיפור נלקח ממגזין 2015 ®COMSOL

הופכים את הדלק האורגני למקור אנרגיה מתחדש ומשתלם כלכלית בעזרת ®COMSOL Multiphysics

חוקרים במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL – National Renewable Energy Laboratory) משתמשים בסימולציה מולטיפיזיקלית כדי להבין טוב יותר ולבצע אופטימיזציה לתהליך ההמרה של דלקים אורגניים המופקים מצמחים.

דלקים אורגניים יכולים פוטנציאלית להחליף דלקי מאובנים ביישומים רבים, ולהציע מקור אנרגיה חלופי לחימום בתים, יצירת חשמל, והנעת תעשיית התחבורה. ישנם יתרונות רבים ביצירת דלק אורגני מחומרים המבוססים צמחים, מה שמכונה בד"כ ביומסה. דלקים אלה ניתנים להתחדשות, בעלי בעירה נקייה, ומנוטרלי-פחמן, מייצרים לא יותר דו תחמוצת הפחמן ממה שמופרד ע"י מקור הצמח המקורי שלהם. ובכל זאת, הזמינות של דלק אורגני היא עדיין די מוגבלת בשימוש הנפוץ יותר שלה – בכלי רכב. נכון לשנת 2014, מנהל המידע של מחלקת האנרגיה של ארצות הברית מדווח כי רק 2% מתחנות הדלק הקמעונאיות מציעות את הדלק המבוסס אתנול E85.

תהליך הייצור עצמו מציב מחסום כלכלי חשוב לשימוש הנרחב בדלקים אורגניים. מחקר ב- NREL, הנתמך ע"י קונסורטיום הפירוליזה החישובית (Computational Pyrolysis Consortium), מוכוון להשגת הבנה טובה יותר של התהליכים הפיזיקליים שמאחורי ההמרה לדלק אורגני ע"י פיתוח מודלים חישוביים המכילים את הייצוג המדויק ביותר עד עתה של גיאומטריית חלקיקי ביומסה. מודל כזה יכול לשמש אח"כ לטובת שיפור פיתוח ואופרציה של ראקטור כפי שנדרש בייצור ההמוני של דלק אורגני. מחקר זה עשוי להפוך את השימוש בדלק אורגני למשתלם כלכלית ולתחרותי כנגד הדלקים הלא מתחדשים המסורתיים, חלקם יעלמו מן העולם בעשורים הקרובים.
ייצור דלק מצמחים
תהליכים תרמו-מכאניים כגון פירוליזה, אשר מוצגת באיור 1, משתמשת בחשיפה לטמפ' גבוהות בכדי לפרק ולהמיר חלקיקי ביומסה לדלקים אורגניים נוזליים שתומכים בפעילויות יומיומיות רבות. שיפור של פירוליזה מהירה, דרך ההמרה התרמו-מכאנית הטרום מסחרית המשמשת לרוב בביומסה עצית, היא אחת ממטרות המחקר ב- NREL.
פיטר סיאסיילסקי, מדען מחקר ב- NREL, והקולגות שלו משתמשים בסימולציה מולטיפיזיקלית כדי לקבל תובנות על התהליכים היסודיים שמאחורי המרת ביומסה דרך פירוליזה, בתור התחלה ע"י חקירת מעבר חום ומסה. מעבר יעיל של חום ומסה דרך חלקיקי ביומסה ממזער היווצרות של פחם ומאיץ תגובות עדיפות ע"י הקלת החדירה של זרזי המרה והבריחה של מוצרים רצויים. המחקר של סיאסיילסקי לוקח בחשבון את ההשפעה של גודל, צורה ומיקרו-מבנה פנימי של חלקיקי ביומסה, אשר נקבעים ע"י זני העץ וע"י תהליך הטחינה שקודם לפירוליזה.

מודל מדויק של ביומסה
מחקרים חישוביים שעוצבו להבין ולטייב את תהליך ההמרה לדלק אורגני תמיד השתמשו בגיאומטריית חלקיקי ביומסה פשוטה שהתעלמה מהמבנה המיקרו הפנימי. המחקר של סיאסיילסקי מכוון להשגת תובנות במעבר החום והמסה בביומסה ע"י פיתוח מודל בתוכנת COMSOL Multiphysics® שלוקח בחשבון את המבנה המיקרו הפנימי. "כיוון שב- COMSOL® כבר מוטמעים כלי הגיאומטריה, הפיזיקה, הרישות והפותרן, באפשרותנו להשקיע זמן רב יותר בהפיכת גיאומטריית מודל הביומסה לממש מדויקת" מסביר סיאסיילסקי. במטרה ליצור מודלים תלת מימדיים של ביומסה לשימוש בסימולציות COMSOL®, נעשה שימוש במיזוג של שיטות הדמיה כדי לאפיין את המורפולוגיה החיצונית והתפלגות הגודל וכן את מבנה המיקרו הפנימי של כל סוג של ביומסה. דוגמאות להדמיות שהושגו עבור המחקר מוצגות באיור 2.
נוצרה גיאומטריה מוצקה ע"י שימוש במימדים הפנימיים והחיצוניים של חלקיקי הביומסה, שנקבעו מהתמונות, כתשומה לסדרה של אופרציות גיאומטריות בוליאניות ב- COMSOL®. הגיאומטריה השלמה מכילה שני אזורים, כפי שנראה באיור 3.
סימלוץ פירוליזה: מעבר חום ומסה
פירוק ביומסה דרך פירוליזה מהירה מתחיל ביישום של טמפרטורות גבוהות (כ- 500 מעלות צלסיוס) לכלי ריאקציה נטול חמצן למשך מספר שניות. ביישום התנאים הללו, ממשק מעבר החום המאוחד ב- COMSOL שימש לסימלוץ מעבר החום בין אזור הנוזל החיצוני שנראה באיור 3a, המכיל גז חנקן, ובין חלקיקי הביומסה. מעבר חום באזור הנוזלי בולט בשל תהליך הסעת חום, בעוד שבממשק ומבעד לחלקיק הביומסה, מעבר חום הוא ע"י הולכה בלבד.
הסימולציות בוצעו באשכולות מחשבים עם ביצועי-על ע"י שימוש באחד או שני צמתי חישוב שכל אחד מכיל 24 מעבדי Intel® Xeon® Ivy Bridge עם זיכרון RAM של 64 GB. התוצאות באיור 3b מראות את התפלגות הטמפ' בחלקיק ביומסה של חומר גלם העשוי עץ חצי שניה בתוך סימולציה ארעית של מעבר חום מאוחד. עבור גודל, צורה ומיקרו-מבנה נתונים של חלקיק, אפשרי לקבוע את כמות הזמן הנדרשת לכל החלקיק, בייחוד המרכז, כדי להשיג את הטמפרטורות האופטימליות לפירוק.

בסימולציה אחרת, נחקרה הדיפוזיה של חומצה גופריתית, כימיקל המשמש לטיפול מוקדם של ביומסה לפני ההמרה שלו לדלק אורגני. ממשק Transport of Diluted Species שימש לסימולציות ארעיות של מעבר מסה בגיאומטריות החלקיק המוצקות והמיקרו-מבנה, כאשר הנוזל הסביבתי במקרה הזה היה מים. תוצאות מחקרי מעבר החום והמסה, קובעות כי מודל מוצק, בייחוד כדורי, עשוי שלא לספק דיוק מספק כדי להעריך ולטייב תהליכי המרת דלק אורגני ושהשימוש במודל מיקרו-מבנה הוא מוצדק.

תוכנת ®COMSOL Multiphysics מוסיפה למגוון יכולותיה את יכולת המעקב אחר קרני אור

חבילת התוכנה ®COMSOL Multiphysics, מארז ידוע מאוד המיוצר ע"י תאגיד ®COMSOL (ברלינגטון, מסצ'וסטס), אשר מסוגל למדל בשיטה הנומרית סוגים רבים מאוד של תהליכים פיזיקליים, מכיל כעת תוספת חדשה אשר רלוונטית במיוחד למדענים ולמהנדסים שפועלים בתחום הפוטוניקה: מודול Ray Optics. כתוצאה מכך, אלו שהשתמשו במודולים RF ו- Wave Optics של התוכנה, עבור מידול אלקטרומגנטי בתדר גבוה (טווח אופטי ורדיו), יכולים כעת ליצור מודלים שמנצלים לטובה את הפשטות היחסית והגישה האלטרנטיבית של מעקב אחר קרני אור. תהליכים מהסוג הזה יכולים להיות ממודלים בנפרד או בשילוב עם פיזיקות אחרות ע"י שימוש במודולים נוספים של התוכנה, וכך מתאפשר מידול סימולטני והדדי של המון סוגים שונים של תהליכים פיזיקליים, לרבות תרמי, מכני, אלקטרומגנטי, חשמלי, כימי, זרימה ועוד.
שני המודולים, RF Module ו- Wave Optics Module כוללים את ממשק מרחב התדר של גלים אלקטרומגנטיים, אשר מחשב את הפתרון הגלי המלא של משוואת הגל האלקטרומגנטי. "על אף שפתרון גלי מלא מעניק תוצאות מדויקות מאוד בקנה מידה רחב של מעט אורכי גלים, הצורך לפתור כל תנודה עם רשת של אלמנטים סופיים הופך את התהליך ליקר מבחינה חישובית עבור שימוש בגיאומטריות גדולות בתדר גבוה", מסביר כריסטופר בושר, מפתח תוכנה ב- ®COMSOL.

"מודול Ray Optics, אשר כולל את ממשק האופטיקה הגיאומטרית, מקל על המידול של התפשטות גל אלקטרומגנטי על פני מרחקים, שהם כה גדולים מבחינה אופטית, כך שזה לא פרקטי לפתור גלים אינדיבידואליים ע"י שימוש ברשת אלמנטים סופיים", אומר בושר. "כאשר משווים לגלים האלקטרומגנטיים, לממשק מעטפת קרני האור, ממשק האופטיקה הגיאומטרית מכיל יותר אומדנים אך לא מצריך ידיעה מראש של כיוון התפשטות הגל. הדבר הופך את ממשק האופטיקה הגיאומטרית שימושי למידול מבנים גדולים בהם גלים יכולים להתרחב לכיוונים רבים בעודם חווים החזרה ושבירה של אור בגבולות".
Modeling thermally induced focal shift

התוספת של מודול Ray Optics מאפשר מידול מבוסס פיזיקה של, לדוגמא,thermally induced focal shift בעדשה. "קרני אור אשר מתרחבות דרך עדשה מאבדות חלק מהעוצמה שלהן בשל ספיגה שמתבצעת ע"י הזכוכית, מה שגורם לעדשה להתחמם. כאשר הטמפ' של העדשה משתנה, מקדם השבירה משתנה, והעדשה חווה שינוי צורה מבני. כיוון ששני האפקטים הללו עלולים לבלבל את מסלולי הקרן, הכרחי לעקוב שוב אחר הקרניים במערכת העדשה שצורתה השתנתה תרמית, במטרה להשיג פתרון מדויק. עם המודול Ray Optics אפשרי ליצור לולאת פתרון אשר מבצעת החלפה בין חישוב מסלול הקרן ושדה הטמפ' שנוצר כתוצאה מכך, עד אשר מתקבל פתרון עקבי".

מודול Ray Optics ניתן לשימוש גם עבור חישוב עוצמת הקרן וניתוח קוטביות הקרן ע"י הקצאת משתנים עבור פרמטרי סטוקס והרדיוס הראשי של חזית הגל של העקמומיות של כל קרן. המאפיין המגדיר את הפוזיציה והמיקום הראשוניים של קרניים יכול להיות מנוצל גם בכדי לפרט כי הקרניים המשתחררות הן בעלות קוטביות ליניארית, מעגלית או אליפטית, ויכול לציין דרגת קוטביות בין 0 ל- 1. עבור חישוב של עוצמת הקרן ישנן אופציות מובנות של שחרור גלים מישוריים וכדוריים, כמו גם אופציה כללית יותר לציון שני הרדיוסים העיקריים של עקמומיות חזית הגל. "'כאשר קרניים פועלות הדדית עם גבולות, כיווני הקרן מחושבים בעזרת חוק סנל. עוצמת ההשתקפות והשבירה של קרניים יכולה להיות מחושבת ע"י חוקי פרנל, והרדיוסים הראשיים של העקמומיות מאותחלים בהתבסס על עקמומיות השטח", אומר בושר. "מאפיינים נוספים הראויים לציון הינם אופציות לשחרור קרניים עם תפוצה של תדרים שונים, תנאי שפה של סרט דיאלקטרי דק, תנאי שפה מובנים עבור רכיבים אופטיים אידיאליים כמו מעכבי גל ומקטב ליניארי, היכולת למדל התפשטות קרן באמצעי סופג או מגביר, ומשתנים מובנים עבור אורך ושלב בנתיב אופטי".

אין צורך בייצוא של הקבצים
"אחת התלונות השכיחות ביותר ששמענו אודות יישומי Ray-Optics בדרג התעשייתי הינה המחסור בפתרון מובנה המתחשב בכל הפיזיקות במודל. בדרך כלל המשתמש נדרש קודם לעקוב אחר הקרן בתוכנה אחת, לייצא את הנתונים לקובץ, לייבא אותם לתוכנה אחרת עבור אנליזה תרמית, וכך הלאה. עם ®COMSOL Multiphysics אפשרי לעקוב אחרי קרני אור, להתחשב בתופעות מבניות ותרמיות, ולנתח את התוצאות בתוכנה אחת בלבד, עובדה שהופכת את מהלך העבודה לפשוט ביותר".

יישומים פוטנציאליים אחרים קצירת אנרגיה סולארית; משטח מואר (במקרה הנ"ל קרינה סולארית שמשתקפת) יכול להיות מוגדר במדויק והכיוון של קרניים הפוגעות בקרקע המוגדרות בצורה ישירה או ע"י בחירת תאריך, זמן ומיקום. ניתן להתחשב גם בסטיות קטנות כמו חוזק הקרקע והאפלת שפה סולארית.
כיוון שזה קל לעקוב אחר קרניים שיש להן תפוצה של תדרים שונים, זה אפשרי בנוסף למדל מכשירים כגון מונוכרומטורים וספקטומטרים. לדוגמא, ספריית המודלים של מערכות אופטיות, שהיא חלק מהמודול Ray Optics כוללת דוגמא של מונוכרומטור Czerny-Turner אשר עושה שימוש בתנאי שפה סריגי מובנה בכדי להפריד אור פוליכרומטי.

לחצו כאן למעבר למאמר המקורי בשפה האנגלית שהתפרסם במגזין הפיזיקלי הנחשב LaserFocusWorld

מולטיפיזיקליות להמונים:COMSOL® רוצה לבצע דמוקרטיזציה לסימולציות בתהליך התכנון – כתבה טלוויזיונית מהאתר המוביל Engineering.com:

סימולציה היא תנאי מפתח בהפיכת תהליך פיתוח המוצרים בצורה וירטואלית לאמת קיימת. לכן אין זה פלא שתוכנות סימולציה גדלות במהרה במונחי הוצאה ושימוש בתהליכי פיתוח מוצרים.
לאמיתו של דבר, הנתח שתופסים סימולציה ואנליזה (או CAE – computer-aided engineering, הנדסה בעזרת מחשב, או CAD – תכנון בעזרת מחשב computer-aided design) בעוגת ניהול מחזור חיי המוצר (PLM – product life management) היה 12.3% בשנת 2013, שהביא אותם כמעט לאותו גודל כמו ה- cPDM, התוכנות לניהול הידע המוצרי, הדור הבא והמתקדם של מערכת ה- CAD, עם 13.8%.
בעוד שאת שוק תוכנות ה- CAE מובילים מספר מועט של ספקים גדולים, ישנן עדיין הזדמנויות רבות למשתתפים אחרים בשוק כולל ®COMSOL, מפתחת של פתרונות מולטיפיזיקליים. בחמש השנים האחרונות ראו בחברה את הרווחים צומחים ב- 20 אחוזים בשנה ל- 65$ לערך בשנת 2013. נתון זה הופל אותה לאחת המובילות בשוק בתת-סגמנט ה- CAE המולטיפיזיקלי.

התכונה הייחודית במולטיפיזיקליות היא שביצוע סימולציות של מספר "בעיות" בו זמנית עשוי לספק תמונה כללית טובה יותר אודות איך מודל תלת מימדי של מוצר באמת יתפקד בהשוואה לסימולציות של תופעה אינדיבידואלית. אחרי הכל, העולם האמיתי הוא מולטי-פיזיקלי. גורם אחד משפיע על השני, השני משפיע על השלישי, וכך הלאה.
ע"י אספקת יכולות מולטיפיזיקליות, התוכנה של ®COMSOL השיגה בסיס איתן של 100,000 משתמשים. מספר זה גדול באופן מפתיע בהתחשב בכך שאין הרבה מומחים ברחבי העולם המוכשרים בפתרון בעיות מתקדמות ומורכבות כאלה. לפי החברה, בסיס המשתמשים כל כך גדול עד שהוא מתקרב לגבול החדירה לשוק. "הבעיה היא שפשוט אין עוד יותר מדי אנשים עם רמת ההכשרה הנדרשת. לכן על מנת להמשיך את הצמיחה הגבוהה הסתכלנו על הדבר הבא: לשתף את הקולגות, השותפים והלקוחות של המשתמשים הללו", מציין סוונטה ליטמרק, מייסד ומנכ"ל קבוצת ®COMSOL, ומוסיף כי זה פותח שוק פוטנציאלי שהוא בכמה רמות יותר גדול.
כאשר שוקלים משתפי פעולה אפשריים לאנליסטים המומחים המשתמשים ב- ®COMSOL, השוק יכול להיות הרבה יותר גדול. "כעת אנחנו מדברים אולי על כמות משתמשים גדולה פי 10. הבעיה היחידה שלנו היא: כיצד נוכל להגיע אליהם?", ליטמרק שואל רטורית. בתגובה, הוא מציין שתי חדשנויות ב- COMSOL Multiphysics® 5.0 להתקנה באתר הלקוח או דרך ענן, הנקראות בונה היישומים – The Application Builder, והשרת של קומסול – ™The COMSOL Server.

"זוהי גישה מהפכנית במולטיפיזיקליות. עם בונה היישומים והשרת, סימולציה הופכת לזמינה בדרך חדשה לחלוטין. מודלים חישוביים מתקדמים של ®COMSOL אשר פותחו ע"י מומחים יכולים להפוך בקלות ליישומים בדפדפן של Windows, ואז להיות מופצים בתפוצה רחבה, וגם אנשים שאינם מומחים יכולים להשתמש ולהבין אותם בשרשרת הפיתוח של מוצרים", מנכ"ל ®COMSOL עומד על דעתו, ברור שבמצב רוח טוב אחרי שהתוכנה נבחרה לאחרונה למוצר השנה ע"י קוראי המגזין "NASA Tech Briefs".

האם סימולציה מולטיפיזיקלית תחדור את התקרה?

אז, האם נראה את המכירות של סימולציה מולטיפיזיקלית מגיעות לגבהים חדשים? לפי האנאליסטים ב CIMdata שוק ה CAE יהיה אחד התת-סגמנטים בעלי הצמיחה המהירה ביותר בניהול מחזור חיי המוצר בארבע השנים הקרובות. המספרים הסופיים של 2014 עדיין לא מוכנים סופיים. בכל זאת CIMdata חוזים שתהיה לתת-סגמנט זה צמיחה כוללת של 8.8% לרווחים של 4.6 מיליארד דולר. עד שנת 2018 הצמיחה צפויה להיות 7.7% בשנה. זה מהיר יותר מ- PLM במצב נורמלי, שצפוי לצמוח ב- 5.5% בשנת 2014 ו- 5.8% שנתי עד 2018.

אין זה מפתיע כי ANSYS היא שחקן מרכזי בכל הקשור לרווחים. זוהי תמונת המצב של שוק הסימולציות והאנליזות כפי שמשתקף מהדוח של CIMdata ב- 2013:

לאור המספרים הללו ®COMSOL היא עדיין שחקנית קטנה בשוק עם 1.5% נתח שוק. לעומת זאת, בנישה שלה של מולטיפיזיקליות היא אחת הספקיות הגדולות ביותר.

לחצו כאן להמשך קריאת המאמר בשפה האנגלית, כולל הנושאים:

• "ניוטון, משוואות דיפרנציאליות, ומדוע ®COMSOL משווקת את הטכנולוגיה שלה כייחודית"
• "כיצד מפתחי מוצרים משתמשים במולטיפיזיקליות?"
• "מספר שלבים חשובים בתכנון המבוסס סימולציה"
• "חברת Arkansas Power Electronics מרוויחה מהשימוש ב- Application Builder"
• "האם ®COMSOL יכולה להביא את המולטיפיזיקליות אל המיינסטרים?"

מידול וסימולציה לכולם!

מדענים כגון ניוטון, מקסוול ואחרים העניקו לנו את המודלים המתמטיים, "חוקי המדע" שהופכים לאפשרי את החיזוי המדויק של התפתחות מערכות ועצמים פיזיקליים בחלל ובזמן בהינתן תנאי שפה מסוימים ותנאי התחלה. מתמטיקאים יישומיים המציאו שיטות נומריות המסוגלות לייצר מספרים ושרטוטים המסייעים לתאר במדויק כיצד מערכות ועצמים יתפתחו בחלל ובזמן.
הדבר מאפשר לנו לבצע סימולציות, להתאים פרמטרים, ובסופו של דבר לבצע תכנון טוב יותר, אם לא הטוב ביותר.
הפיזיקה, המתמטיקה, הכלים החישוביים וקהילת ההנדסה, כולם מסוגלים לחולל פלאים בעזרת שימוש בסימולציה. שיגור רכבי מחקר למאדים המדווחים חזרה לכדור הארץ, יצירת מכשירי תקשורת כגון טלפונים ניידים ו- GPS, אלו רק שתי דוגמאות.
חדשנויות טכנולוגיות פורצות דרך רבות ראו אור בעשורים האחרונים. אך ישנם עדיין תחומים רבים שירוויחו המון, והכלים החישוביים העוצמתיים שזמינים היום כמעט ולא נגעו בהם, הכיצד?

המכשולים
זוהי עובדה כי הכלים החישוביים העכשוויים הם כה מסובכים לשימוש עד אשר ישנו מספר מועט מאוד של מהנדסים המיומנים להשתמש בהם – לפחות בהשוואה למספר הפוטנציאלי של אלו העשויים להפיק מכך תועלת.
ההכנה של מודלים מתמטיים צריכה להיעשות ע"י מתמטיקאי או פיזיקאי. פישוט המודל הוא הכרחי במטרה לחסוך בזמן החישוב, בזיכרון ובניהול המידע המוביל לפתרון. יש להתעלם מתופעות זניחות. התופעות מהן יש להתעלם תלויות ביישום ובמה שאנחנו רוצים להשיג. הדבר מצריך מומחה במידול.

ברגע שהמודל מוכן, פתירת המשוואות בצורה נומרית משמעותה החלפת המשוואות הדיפרנציאליות המתמשכות, חלל וזמן, עם משוואות הפרשים בדידות ונקודות בחלל ובזמן. הדיסקרטיזציה מוכרחת להיעשות בדרך כזו שפתרון משוואת ההפרש יתכנס לפתרון המשוואה הדיפרנציאלית. אחרת, אין כל משמעות פיזיקלית. בנוסף, במטרה לקבל פתרון מדויק, הדיסקרטיזציה חייבת להיות משביעת רצון. ישנן תיאוריות עבור ברירת מחדל טובה של הגדרות פותרן נומרי, עבור תחומים פיזיקליים רבים, אך לא כולן זהות. לעיתים נדרש מומחה באנליזה נומרית במטרה להגדיר טוב את הפותרן.
כתוצאה מכך, המשתמש האופייני של חבילת סימולציה הוא דוקטור או בוגר תואר שני אשר לו מספר שנות ניסיון במידול ובהכנת סימולציות. המשתמש עבר בנוסף הכשרות לטובת שימוש בחבילה הספציפית. הוא או היא בדרך כלל עובדים כמדענים במחלקת המחקר והפיתוח של ארגון גדול. באחריות אותו אדם להשתמש במומחיות שלו בכדי ליצור ולתת תוקף למודל ולסימולציה.
המשמעות של כל זה הינה שקבוצה קטנה של אנשים משרתת קבוצה הרבה יותר גדולה של אנשים אשר עובדים בפיתוח מוצרים, בתכנון או בייצור. מודלים בסימולציה הם לעיתים קרובות כה מסובכים עד שהאדם אשר מטמיע את המודל הוא היחיד שיכול לספק בצורה בטוחה את המידע הנדרש להשגת פלטים שימושיים. לפיכך, יש לנו צוואר בקבוק.

הפתרון
במטרה לאפשר לקבוצה הקטנה הזו לשרת קבוצה גדולה יותר, ישנו פתרון ברור: יצירת חבילת סימולציה המאפשרת למומחה סימולציה לבנות ממשק משתמש ספציפי ואינטואיטיבי עבור המודל הרגיל שלו או שלה – יישום המוכן לשימוש. היישום צריך לכלול תיעוד משתמש, בדיקות עבור "תשומות בתוך הגבולות", ודוחות מוגדרים מראש בלחיצת כפתור.
יישום של סימולציה בעל היכולות הללו מאפשר למשתמש להתעלם משגיאות תשומה מקריות ולהתמקד בפרטים רלוונטיים של התפוקה. בשלב זה ניתן לשתף את היישום עם קבוצה גדולה יותר של משתמשים.
לבצע זאת זה פשוט בהשוואה להישגים שנמנו בתחילת המאמר. זה מתרחש בזמן שאתם קוראים את זה.
התפוצה של יישומים כאלו תהיה מיידית. אף מהנדס תכנון לא ירצה להישאר מאחור. אף חברה לא תוכל להרשות לעצמה לאפשר למתחרה להשיג יתרון דרך אימוץ מוקדם. בסופו של דבר הצרכנים יריצו יישומי סימולציה בכדי לקבל החלטות רכש טובות יותר.
מחבר המאמר הינו סוונטה ליטמרק, מייסד ומנכ"ל קבוצת ®COMSOL, הנשיא והמנכ"ל של תאגיד ®COMSOL.

מהי אנליזה נומרית אפקטיבית של אלמנטים סופיים בעידן המודרני?

הנדסה הינה תחום רחב מאוד שמשפיע על חיי כל אחד ואחד מהאנשים בעולם, בין אם ביודעין ובין אם לאו. למעשה עבור כל דבר שמיוצר, נבנה, מותקן, מורכב וכיוצא בזה, יש לשלב את ההנדסה עם חוקי הפיזיקה, על מנת להגיע לתוצאה הסופית הרצויה. אחת השיטות השכיחות ביותר בתחום הזה הינה שיטת האלמנטים הסופיים שמבוצעת כיום ביעילות בעזרת תוכנות מחשב ייעודיות. בשיטה זו עושים שימוש בחישובים נומריים של משוואות, על מנת לפתור בעיות פיזיקליות שונות ומגוונות כגון זרימה, מעבר חום, מאמץ ועוד.
הרעיון שעומד מאחורי טכניקה שימושית זו, הינו לקיחת גוף בעל מצב צבירה מוצק, ולפרקו למספר רכיבים, הם האלמנטים, אשר מידותיו של כל אחד סופיות. כיום ניתן לבצע את השיטה הזו בעזרת תוכנות סימולציות נומריות מדויקות, כאשר אחת המובילות העולמיות בתחום הינה תוכנת ®COMSOL Multiphysics, המשווקת בארץ ע"י חברת נומריקל.

למעשה עוד לפני שנעשה בעולם שימוש במחשבים, כבר בשנת 1943, פותחה לראשונה שיטת האלמנטים הסופיים, שהשתמשה בטכניקה של אנליזה נומרית לצורך פתירת בעיות הנדסיות. עם השנים כמובן שהתפתחה והשתכללה הטכניקה, וכשפרצו המחשבים לעולמנו גם תחום זה לא נשאר יתום.
כיום ניתן כאמור להשתמש בתוכנת ®COMSOL Multiphysics אשר פועלת על העיקרון של אלמנטים סופיים. בעזרת התוכנה ניתן לבצע אנליזה נומרית מצומדת בדמותה של סימולציות מדויקות, בהן כל משתמש יכול להוסיף צימוד של מספר אילוצים פיזיקליים, ולבדוק כיצד המודל משתנה בהתאם. עבור כל אלמנט סופי שנבדק מתקבלות מערכות משוואות רלוונטיות ומסקנות עבור המשתמש.

בעיות פיזיקליות מורכבות רבות מקבלות מענה בתוכנת ®COMSOL Multiphysics, לרבות בחינת אנליזות חוזק, מעבר חום, בעיות זרימה, אלקטרומגנטיות, מוליכים למחצה ועוד.
עבור פרטים נוספים ומידע אודות יכולות התוכנה שנחשבת לאחת המובילות בעולם בתחומי אלמנטים סופיים ואנליזה נומרית מצומדת, תוכלו לפנות לחברת נומריקל, המשווקת הבלעדית של התוכנה בישראל.

מהי החשיבות של ביצוע אנליזות בארגון המתכנן ומפתח מוצרים ותהליכים

מדענים, פיזיקאים, חוקרים ומהנדסים, כולם מבצעים ביומיום תהליכי אנליזות שונים ומגוונים. רובם ככולם של אנשי המקצוע הנ"ל ניחנים ביכולות אנליטיות ברמה גבוהה, המאפשרות להם לדעת כיצד לבצע הפרדה לחלקים של תופעות שונות ומגוונות הרלוונטיות למקצוע ולעיסוק האינדיבידואלי. תהליך ההפרדה לגורמים מביא לאפשרויות ניתוח טובות יותר והבנת תופעות ותהליכים מגוונים.
הביטוי "אנליזה" מגיע מהמילה הלועזית analysis, ומתפצל לעשרות אנליזות שונות בכל התחומים – מדע, פיזיקה, מתמטיקה, רפואה, הנדסה, כימיה ועוד. המטרה העיקרית של ביצוע אנליזה הינה למנוע מצבים של ניסוי וטעייה בעת פיתוח מוצרים ותהליכים, דבר המוביל להשקעת משאבי זמן וכסף רבים מאוד, אותם ניתן לצמצם משמעותית בעזרת ביצוע אנליזות. אנליזה טובה ומדויקת עשויה לחסוך טעויות עתידיות בתכנון ובפיתוח, ולאפשר בסופו של דבר להביא לאופטימיזציה של המוצר או התהליך, ע"י ידיעה מראש של כל הגורמים והתופעות הפיזיקליות המשפיעים על תהליך התכן.
האנליזות מבוצעות על פי רוב בעזרת תוכנות מחשב ייעודיות, חלקן מבצעות סימולציות של התופעה או התהליך הנבדקים, ומפיקות אנליזה נומרית אותה מוסמך המשתמש לקרוא ולהבין. תוכנה טובה היא גם כזו שיודעת להפיק נתונים נכונים עם תאימות מלאה לניסויי שטח, וגם מעניקה מגוון רחב של אפשרויות אנליזה. בעזרת תוכנה מתקדמת ניתן לבצע למשל אנליזות חוזק, אנליזות חום, אנליזה כימית או אנליזה תרמית וכיוצא בזה. כמובן שכל תחום והאנליזות הרלוונטיות אליו, שכן אנליזה רפואית למשל מגיעה מעולם הרפואה, בעוד שאנליזות מבנים מבוצעות ע"י מהנדסי בניין וכדומה.

לכן כאשר מעוניינים לבצע אנליזה, בין אם זו אנליזה מתמטית, אנליזה הרמונית, אנליזה וקטורית או כל אחת אחרת, שני דברים מוכרחים להתקיים על מנת לקבל את התוצאות הנכונות והמובנות ביותר: בעל מקצוע מוסמך ומנוסה, ותוכנת אנליזות מתקדמת ומוכחת. בישראל ניתן למצוא חברות רבות המעניקות שירותי אנליזה לכל דורש במגוון וריאציות, לרבות אנליזת שריפה, אנליזת גזים, אנליזה למתכות וכן הלאה.
כזו היא נומריקל, חברה ותיקה וידועה בשוק המעניקה שירותי סימולציה מתקדמים הכוללים אנליזות במגוון תחומים למאות חברות ועסקים ברחבי ישראל. את שירותי הסימולציות מבצעת נומריקל על גבי תוכנת ®COMSOL Multiphysics, תוכנת אנליזות אלמנטים סופיים לסימולציות מולטיפיזיקליות מהמתקדמות בעולם, המאפשרת בניית מודלים והרצת סימולציות מצומדות הכוללות שילוב של מספר רב של תופעות פיזיקליות.
COMSOL® כוללת עשרות מודולים, מאות ממשקי תופעות פיזיקליות ואלפי מודלים וחומרים לטובת יצירת מעבדת ניסוי וירטואלית עם תוצאות תואמות מציאות. חברת נומריקל היא המשווקת הבלעדית בישראל של התוכנה, ואם אתם מעוניינים בשירותי סימולציות, אנליזות מכל סוג וניתוח תוצאות של תהליכים בצורה מדויקת, אמינה וחוסכת זמן ועלויות, פנו כעת ללא התחייבות לחברה לקבלת פרטים נוספים.

אונקולוגיה היפרתרמית: היפרתרמיה לטיפול בסרטן

טמפרטורות גבוהות יכולות להיות מנוצלות לטובת הרס של תאים סרטניים, כשיטה לטיפול בסרטן הידועה כ- "אונקולוגיה היפרתרמית". על אף העובדה כי הרעיון מאחורי שיטות טיפול אלו קיים כבר זמן מה, רק לאחרונה נמצאו כלים חדשים והעברה מדויקת יותר של חום, אשר איפשרו להיפרתרמיה להיות שיטה לטיפול בסרטן. בעוד שהמחקרים אודות אונקולוגיה היפרתרמית נמשכים, הוכח כי סימולציה היא כלי חשוב בהשגת הבנה מעמיקה יותר של הדרך למיקוד החום בגידולים תוך כדי הגבלת הנזק לרקמות הבריאות.

כיצד היפרתרמיה עוזרת לטיפול בסרטן?

ישנן שתי דרכים שונות בהן היפרתרמיה יכולה לעזור בטיפול בסרטן. הראשונה נקראת היפרתרמיה מקומית, או אבלציה תרמית, ועושים בה שימוש כטיפול באזור קטן של תאים, כגון גידולים. טיפול זה מוצלח יותר כאשר משתמשים בו לטיפול בגידולים שנמצאים על או ליד העור. בטיפול זה, האזור מחומם בדרך כלל לטמפרטורות של בין 40 ל- 45 מעלות צלסיוס (104 ל- 113 מעלות פרנהייט). הסוג השני נקרא היפרתרמיה אזורית, ובו משתמשים בחום נמוך להעלאת הטמפרטורה באזור מסוים בגוף כמו איבר זה או אחר. בד"כ הטמפרטורה לא מספיק גבוהה כדי להרוס רקמות, אך לעומת זאת היא משולבת עם כימותרפיה או קרינה כדי להפוך את הטיפולים הללו לאפקטיביים יותר.

נכון להיום, טיפולי אונוקולוגיה היפרתרמית נמצאים תחת בדיקות וניסויים נרחבים. הטיפול מוצע רק במספר קטן של מרכזים ברחבי העולם. כיוון שקשה למדוד את הטמפרטורה בתוך הגידול, קשה להבטיח כי האזור המטופל נשמר בטווח הטמפרטורה המדויק שנזקק לתקופת הזמן הרלוונטית, ללא השפעה על הרקמות שמסביב. בנקודה זו סימולציה מוכחת ככלי עוצמתי. ניתן להשתמש בה כדי לחקור את התגובות של סוגי רקמות שונים להיפרתרמיה, לקבוע את הטמפרטורות המושגות בתוך גידול, ולעזור בהחלטה על התכנון האופטימאלי והמיקום של חיישני טמפרטורה.

שימוש בסימולציה לשיפור הטיפול
בואו נעיף מבט על מודל של שיטת טיפול היפרתרמיה מקומית שמשתמש בהתגבשות גלי מיקרו לחימום גידול ע"י החדרת אנטנה לתוכו. שיטה זו נפוצה בטיפול בקרצינומה הפטוצלולרית (הסוג הכי נפוץ של סרטן הכבד). גלי המיקרו מחממים את הכבד ויוצרים אזור מגובש בו התאים הסרטניים מושמדים.

כיוון שהמודל מכיל סימטריה סיבובית, האזור המחושב יכול להיות מיוצג בשני מימדים ע"י שימוש בקואורדינטות גליליות. כיוון שנחסך זמן חישוב במידול בשני מימדים, ניתן לבחור ברשת סבוכה, אשר תספק תוצאות מאוד מדויקות. במודל, החלקים המתכתיים של האנטנה והחריץ נקבעו להיות הגבולות. ממודל מעבר חום באזור הכבד, ונעשה שימוש בבידוד במקום בו האזור מסתיים. בנוסף לניתוח מעבר חום, הסימולציה נותנת גם מידע אודות רמת הפגיעה ברקמות בזמן התהליך, כפי שחושב ע"י משוואת ארניוס. המודל מניח כי דם חודר לכבד ב- 37 מעלות צלסיוס.
הצורה למטה מציגה את תוצאות תפוצת הטמפרטורה ברקמת הכבד בכוח כניסה של גלי מיקרו של 10 וואט אחרי 10 דקות. הטמפרטורה הכי גבוהה נמדדת ליד האנטנה ויורדת ככל שמתרחקים, מגיעה ל- 37 מעלות סלציוס בסמוך לאזורים החיצוניים של המרחב (התמונה העליונה). נראה כי הטמפרטורה הקרה באופן יחסי של הדם מגבילה את אזור הרקמה שהתחממה. התמונה התחתונה מראה את חלק הרקמה שיש בו נמק.
המודל יודע גם לחשב את ערך שיעור הספיגה הסגולית בתוך הכבד, והגרף למטה מראה זאת מחושב לאורך קו המקביל לאנטנה ובמרחק 2.5 מילימטרים מציר האנטנה.

העתיד בטיפולי סרטן בהיפרתרמיה
ניסיונות רפואיים הראו כי היפרתרמיה העלתה בצורה משמעותית את האפקטיביות של רדיותרפיה וכימותרפיה. לעומת זאת, ישנם שני סיבוכים עיקריים שהופכים את הטיפול בהיפרתרמיה לאתגר: היכולת לקבוע במדויק את הטמפרטורה בתוך גידול, והיכולת להבטיח כי טמפרטורה אחידה מושגת בתוך האזור המבוקש. למרות זאת, כלים מתקדמים להעברת חום וניטור טמפרטורה, מבטיחים את העתיד בטיפולי היפרתרמיה. התקדמות בטכניקות חישוב גם משחקת תפקיד בהתפתחות זו. בנוסף לסיפוק אינפורמציה מדויקת יותר אודות תכנון, אופטימיזציה והטמעת טיפולי היפרתרמיה, משתמשים גם בסימולציה כדי לפתח טיפולי היפרתרמיה מותאמים אישית. מחקרים עכשוויים ממשיכים להסתמך על סימולציה בכדי להבין טוב יותר, לשפר ולאפיין אונקולוגיה היפרתרמית.

תוכנת ®COMSOL Multiphysics אותה משווקת בלעדית בישראל חברת נומריקל בע"מ, הינה תוכנת סימולציות מובילה המשמשת לתכנון ועיצוב מוצרים ומתפקדת כמעבדה ניסויית וירטואלית עם תוצאות תואמות מציאות. אל התוכנה ניתן לייבא תרשימים מתוכנות CAD רבות ותוכנות שרטוט כגון SolidWorks® , ולבנות מודלים מגוונים עליהם מבוצעים צימודים מולטיפיזיקליים ובחינת השפעות בדרך של אנליזה נומרית.

מאמר זה נלקח מהבלוג של COMSOL®