هنگام مدلسازی انتشار پرتوهای ذرۀ باردار در جریانهای زیاد، نیروی بار فضایی ایجاد شده توسط پرتو به طور قابل توجهی مسیر ذرات بار را تحت تأثیر قرار میدهد. آشفتگی این مسیرها به نوبۀ خود بر توزیع بار فضایی تأثیر میگذارد.
متعادلسازی الکترود عامل مهمی در طراحی باتریهای لیتیوم-یونی است.
لنز منفرد، وسیلهای الکتروستاتیکی است که برای تمرکز پرتوهای ذرۀ باردار مورد استفاده قرار میگیرد. ممکن است در لولههای پرتو کاتدی، آزمایشهای پرتو یونی و پرتوهای الکترونی و سیستمهای پیشران یونی مشاهده شود.
در این مدل معیار، ذرات جامد در یک جریان کانال کاملاً توسعه یافتۀ آشفته آزاد میشوند. ذرات تحت فشار کششی قرار دارند که شامل سهم ناشی از تلاطم سیال بوده که با استفاده از یک مدل پیوستۀ تصادفی پیوسته (CRW) اجرا میشود. از آنجا که تلاطم در کانال ناهمسانگرد است، ذرات با بی تحرکی قابل توجهی تمایل به خوشه شدن در نزدیکی دیوارۀ کانال دارند، در حالی که ذرات بسیار کوچک به طور یکنواخت در کل مقطع کانال توزیع میشوند.
انتشار محدود بار فضایی پدیدهای است که جریان ذرات شارژشده را که میتوانند از یک سطح آزاد شوند، محدود میکند. با افزایش جریان الکترونی که توسط یک کاتد افزایش مییابد، بزرگی چگالی بار در مجاورت فوری کاتد نیز افزایش پیدا میکند. این توزیع چگالی بار، نیروی الکتریکی را روی الکترونهای ساطعشده، به سمت کاتد هدایت میکند. جریان محدود بار فضایی حداکثر جریانی است که میتواند آزاد شود، به گونهای که ذرات ساطعشده به سمت کاتد دفع نمیشوند.
یک واحد تبادل شارژ از ناحیهای از گاز با فشار زیاد در داخل محفظۀ خلاء تشکیل شده است. هنگامی که پرتوی یونی با گاز با چگالی بالاتر تداخل میکند، یونها با گاز واکنش نشان داده و ذرات خنثی انرژی ایجاد میکنند. این احتمال وجود دارد که فقط بخشی از یونهای پرتوی واکنشهای تبادل شارژ را متحمل شوند. بنابراین، برای خنثی کردن پرتو، یک جفت صفحات شارژ شده در خارج از سلول قرار میگیرند. از این طریق میتوان یک منبع خنثی پر انرژی تولید نمود.
حمل و نقلی که در طبیعت کاملاً پراکنده است، میتواند با استفاده از یک نیروی براونی مدلسازی شود. این مدل نحوۀ افزودن چنین نیرویی را در رابط فیزیک جریان ذرات برای جریان سیال نشان میدهد. انتشار ذرات در یک مایع با معادلۀ انتشار و ردیابی ذرات برای رابط جریان سیال مدلسازی شده و نتایج با یکدیگر مقایسه میشوند.
این مثال اصول اولیه در چگونگی بهینهسازی اشکال با استفاده از کامسول مالتیفیزیک را نشان میدهد. توضیحات بیشتر دربارۀ پدیده و روند مدلسازی را میتوان در پست وبلاگ “طراحی سازههای جدید با بهینهسازی شکل” مشاهده کرد.
پیشرفتهای اخیر در ساخت سیستمهای میکروسیالی نیاز به دست زدن به سلولهای زنده و سایر ذرات میکرو و همچنین ترکیب دارد. به عنوان مثال، همۀ این موارد را میتوان با استفاده از نیروهای تابش صوتی و کشش چسبناک از جریان سیال بدست آورد.
بالابر موج ایستادۀ فراصوتی، که همچنین به عنوان لویتیتور صوتی (acoustic levitator) نیز نامیده میشود، وسیلهای است که برای تخلیۀ مایعات و ذرات جامد در یک میدان صوتی استفاده میشود. امواج صوتی ایستاده نیروی تابش آکوستیک را بر روی ذرات اعمال میکنند. نیرو یک اثر مرتبه دوم بوده و از ترکیبی از فشار متوسط زمان و اثر متقابل اینرسی بین ذرات و میدان آکوستیک ناشی میشود. با بارگذاری ذره میتوان به عنوان مثال، سینتیک خشککردن آن را در شرایط مختلف خارجی به عنوان دما و رطوبت مطالعه کرد. همچنین از بالابر برای مطالعۀ فرایندهای احتراق، تشکیل ذرات یخ و لکههای برفی استفاده شده است، و همچنین به عنوان یک قیچی آکوستیک در میکروگرانش، به عنوان مثال در مأموریتهای فضایی استفاده میشود. این مدلی از هندسۀ یک بالابر صوتی دوبعدی ساده است که در یک فرکانس ثابت رانده شده است. ذرات الاستیک کوچک به طور یکنواخت در میدان آکوستیک ایستاده آزاد شده و وقتی تحت تأثیر نیروی تابش آکوستیک، کشش چسبناک و گرانش قرار بگیرند، مسیر آنها مشخص میشود. در این مدل از رابطهای آکوستیک فشار، فرکانس دامنه و ردیابی ذرات برای رابطهای جریان سیال استفاده شده است.