【摘 要】
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液滴的受控迁移对于微流体在工业和科学研究中具有重要的意义。本论文针对热毛细力或重力作用下基板上的液滴的迁移过程进行深入的数值模拟,获得不同条件下液滴的迁移规律。首先基于汽液界面捕捉的Level Set方法,建立了基板上液滴运动的三维非稳态数学模型,并成功实施了液滴和固体基板的接触角的三维处理,将数值模拟结果与理论解进行了对比,验证了所建立模型的正确性。其次,分析了在温度梯度产生的热毛细力的作用下,
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液滴的受控迁移对于微流体在工业和科学研究中具有重要的意义。本论文针对热毛细力或重力作用下基板上的液滴的迁移过程进行深入的数值模拟,获得不同条件下液滴的迁移规律。首先基于汽液界面捕捉的Level Set方法,建立了基板上液滴运动的三维非稳态数学模型,并成功实施了液滴和固体基板的接触角的三维处理,将数值模拟结果与理论解进行了对比,验证了所建立模型的正确性。其次,分析了在温度梯度产生的热毛细力的作用下,液滴自发的迁移规律,分析了 Oh数、Ma数、接触角和液滴内外参数下的液滴迁移规律。结果表明,在热毛细力的驱动下,液滴在低接触角时将会自发的从基板上的高温区域向低温区域运动,而在高接触角时,液滴从低温区域向高温区域运动。液滴内部的涡流以及滞止点的位置是影响液滴运动方向的原因。液滴外部气体与液滴的动力粘度比也能影响液滴迁移的方向,随着动力粘度比的增大,液滴会从向冷端运动趋近于向热端运动。最后研究了重力作用下液滴在倾斜平面上的运动规律,分析了 Fr数、Re数以及斜面倾角对于液滴运动规律的影响。研究结果表明,液滴在重力的作用下,从静止状态运动速度先增大,然后达到了稳定值。液滴达到稳态所需的时间随着雷诺数的增大而增大。另外,液滴稳定时的运动速度随着Fr数的增大而减小、随着Re数的增大以及斜面倾角的增大而增大。以上研究对于液滴受控下的自发运动,以及微流控技术在工业和科学分析中具有重要的意义。
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