【摘要】電場(chǎng)已被證明是微流體裝置中精確操縱微滴的有效主動(dòng)技術(shù)。在本文中，我們通過(guò)數(shù)值模擬研究了交流電場(chǎng)下微通道中油水兩相液滴的形成。結(jié)合流體體積法（VOF）和泄漏介質(zhì)模型建立了三維數(shù)值模型，揭示了電場(chǎng)作用下液滴的形成機(jī)理。由于電場(chǎng)引起的麥克斯韋應(yīng)力，正弦波形電場(chǎng)在液體界面處引起振蕩，從而刺激分散相的破裂，以調(diào)整液滴尺寸。圖一展示了帶有非接觸電極的微通道示意圖，整個(gè)模型涉及以下物理場(chǎng)模型：

【關(guān)鍵詞】電流體動(dòng)力學(xué)；VOF；微流體；二次開(kāi)發(fā)；兩相流

VOF兩相流模型：

靜電場(chǎng)方程：

圖一  帶有非接觸電極的微通道示意圖

通過(guò)引入正弦函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了交流電頻率和電壓對(duì)微通道液滴動(dòng)力學(xué)的研究。此外，還研究了壁面接觸角，微通道入口流速等參數(shù)對(duì)兩相流的影響。一些結(jié)果云圖如下：

圖二  交流電場(chǎng)分布

圖三  液滴分布

圖三  液滴與場(chǎng)強(qiáng)分布

通過(guò)FLUENT二次開(kāi)發(fā)，建立了三維電流體動(dòng)力學(xué)模型，該模型實(shí)現(xiàn)了VOF方法和泄漏介質(zhì)模型的耦合，可以得到與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)完全一致的結(jié)果。研究表明，隨著電壓的增加，液滴尺寸變小，導(dǎo)致電場(chǎng)對(duì)液滴形成的影響越來(lái)越大。分散相和連續(xù)相之間的壓力差說(shuō)明了電應(yīng)力影響的細(xì)節(jié)。當(dāng)V達(dá)到750V時(shí)，壓差的演變由周期性變化的電場(chǎng)控制，壓力的變化加速了分散相的破裂。電頻率的增加導(dǎo)致分散相內(nèi)電勢(shì)的大幅提升，在分散相頸部的中間部分處引起強(qiáng)烈的電體積力。該力具有從分散相內(nèi)部到外部的方向分量，它能夠防止分散相頸部破裂，從而形成液滴的噴射。本文詳細(xì)的研究揭示了通過(guò)增加施加的交流電場(chǎng)的頻率，液滴形成從滴落到噴射的轉(zhuǎn)變背后的機(jī)制。

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