接触角滞后影响变截面微通道中水银流动特性的数值模拟

"该研究主要探讨了接触角滞后对变截面微通道内水银液滴流动特性的影响。通过数值仿真方法，利用FLUENT软件的VOF-CSF模型，考虑了动态和静态接触角滞后对惯性微流体开关中水银微液滴流动的影响。作者发现接触角滞后对液滴流动特性具有显著影响，接触角滞后越大，液滴的流动特性变化越明显。在静态接触角和10°接触角滞后条件下，惯性微流体开关的加速度阈值不同，分别达到了13.2 g和16.4 g。" 本文是一篇工程技术领域的论文，主要研究了微流体技术中的一个重要问题——接触角滞后对水银微液滴流动特性的影响。在微流体系统中，尤其是在变截面微通道中，液滴的流动受到多种因素控制，其中接触角滞后是一个关键因素，它反映了液体与固体表面之间的相互作用以及动态过程中的滞后效应。 接触角滞后是指液体在固体表面上移动时，接触角会随时间或位置变化的现象。在微尺度下，这一现象对液滴的运动、形变和稳定性有着显著影响。在惯性微流体开关中，液滴的流动是由惯性力驱动的，因此接触角滞后会直接影响开关的操作性能，如加速度阈值，即启动液滴运动所需的最小加速度。 研究人员使用了FLUENT软件，这是一个广泛应用于流体力学模拟的商业工具，它包含了体积-of-fluid（VOF）和连续性表面力（CSF）模型，这两个模型能够有效地捕捉自由表面的动态行为。通过编写用户定义的函数（UDF），他们实现了动态和静态接触角滞后效应的模拟。 实验结果显示，不同的接触角滞后设置会导致液滴流动特性的显著差异。例如，当仅设置静态接触角时，液滴的加速度阈值较低，而引入接触角滞后后，这个阈值明显提高，这表明接触角滞后增加了液滴启动的难度。这种现象可以解释为接触角滞后增加了液滴与壁面之间的粘附力，从而需要更大的惯性力才能驱动液滴运动。 这项研究对于理解和优化微流体设备的设计至关重要，特别是在涉及液滴操纵和控制的应用中，如生物传感器、微反应器和微泵等。通过考虑接触角滞后效应，可以更准确地预测和控制微流体系统中的液滴行为，从而改进设备性能和效率。未来的研究可能进一步探讨接触角滞后对其他液体和不同表面性质的影响，以拓展这一理论到更多实际应用中。