毛細現(xiàn)象
關注創(chuàng)建者：C乘風破浪 創(chuàng)建時間：2021-08-31
毛細現(xiàn)象的實例教程
毛細管吸水現(xiàn)象仿真 ￥400
將細小的玻璃管插入水中，水會在管中上升；針對不同管徑，水在管中上升的速度和高度不同，這種現(xiàn)象稱作毛細現(xiàn)象。水在管中的上升是由于空氣/水界面處的壁附著力和表面張力的作用，促使流體沿著壁面以一定的接觸角形式向上產(chǎn)生滑移。毛細現(xiàn)象通常被用于微通道輸送流體，或者通過微量吸管測量、輸送和放置少量流體。此外，毛細現(xiàn)象對于植物根莖的輸水和蒸騰作用也起到至關重要的作用。
本篇文檔基于COMSOL軟件仿真了毛細管吸水的現(xiàn)象，并對比觀察了不同位置以及不同孔徑毛細管的吸水現(xiàn)象。仿真結(jié)果展示如下：
感興趣的朋友可下載模型，在此基礎上進行改進和深入研究。
展開 毛細管壓力取決于流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅(qū)替過程中，毛細管壓力可以是驅(qū)動力，也可以是流動的阻力。浸潤相在毛細管壓力作用下，可以自發(fā)地驅(qū)替非浸潤相，即滲汲作用。毛細管壓力的存在影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運動規(guī)律，因此是滲流力學及有關的工程技術必須考慮的問題。例如，在油田開發(fā)中，毛細管壓力影響油層的有效滲透率和油層的采收率；利用毛細管壓力曲線可確定多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙分布和流體分布，計算多孔介質(zhì)的相滲透率以及油層的采收率等。
圖 1 多孔介質(zhì)電鏡掃描示意圖
注：以上內(nèi)容引自百度百科
2. 模型介紹
如圖2所示，建立矩形（2mm×5mm）隨機圓形的多孔區(qū)域，圓形孔隙率為0.6，圓形隨機分布服從正態(tài)分布。底部為液體區(qū)域，兩邊作為入口壓力邊界，入口壓力為液體重力所帶來的靜壓力。出口壓力靜壓力為0Pa。
圖 2 多孔介質(zhì)毛細示意圖
3. 物理場選擇及邊界條件設置
本模型主要是采用comsol6.2版本中的湍流流動、水平集兩相流等多物理場模塊，詳細的物理場及邊界條件設置如圖3所示。
圖 3 詳細的物理場設置以及邊界條件
4. 網(wǎng)格繪制
由于本模型形狀不規(guī)則，采用自由三角形網(wǎng)格繪制方式進行繪制，如圖4所示。
圖 4 網(wǎng)格繪制
3. 結(jié)果展示
圖 5 多孔介質(zhì)內(nèi)部速度分布
圖 6 速度矢量分布
圖 7 流體2體積分數(shù)
圖 8 流體2體積分數(shù)動態(tài)變化
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展開 5、 滲透探傷方法
滲透探傷是利用毛細現(xiàn)象來進行探傷的方法。對于表面光滑而清潔的零部件，用一種帶色（常為紅色）或帶有熒光的、滲透性很強的液體，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂紋，由于該液體的滲透性很強，它將沿著裂紋滲透到其根部。然后將表面的滲透液洗去，再涂上對比度較大的顯示液（常為白色）。放置片刻后，由于裂紋很窄，毛細現(xiàn)象作用顯著，原滲透到裂紋內(nèi)的滲透液將上升到表面并擴散，在白色的襯底上顯出較粗的紅線，從而顯示出裂紋露于表面的形狀，因此，常稱為著色探傷。若滲透液采用的是帶熒光的液體，由毛細現(xiàn)象上升到表面的液體，則會在紫外燈照射下發(fā)出熒光，從而更能顯示出裂紋露于表面的形狀，故常常又將此時的滲透探傷直接稱為熒光探傷。此探傷方法也可用于金屬和非金屬表面探傷。其使用的探傷液劑有較大氣味，常有一定毒性。
除以上五大常規(guī)方法外，近年來又有了紅外、聲發(fā)射等一些新的探傷方法。
二、 汽車維修中探傷的特定條件及要求
汽車在制造過程中，經(jīng)過了一系列的探傷，層層把關均完好無損，才作為合格產(chǎn)品出廠。汽車到達用戶手里后，在運行中一些零部件常常承受著交變應力。在長期交變應力的作用下，原來完好的零部件也將產(chǎn)生疲勞裂紋。這種疲勞裂紋一般都是起始于零部件表面，再從外表逐漸向內(nèi)發(fā)展，即屬于表面裂紋。有的轉(zhuǎn)動零部件在過熱或交變應力作用下，產(chǎn)生了表面裂紋后，又有可能因轉(zhuǎn)動碾磨而在該表面產(chǎn)生一層織密的覆蓋層，遮蓋了其裂紋，變成了未露出表面的近表面裂紋。初期的表面裂紋一般十分微小，用肉眼或借助于放大鏡也難于觀察到，而對近表面裂紋，則是不可能觀察到的。具有這種初期微小裂紋的零部件，并不馬上就斷裂，但是，已具有了隱患。
展開 其工作原理為：對蒸發(fā)器施加熱載荷，工質(zhì)在蒸發(fā)器毛細芯外表面蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣從蒸氣槽道流出進入蒸氣管線，繼而進入冷凝器冷凝成液體并過冷，回流液體經(jīng)液體管線進入液體干道對蒸發(fā)器毛細芯進行補給，如此循環(huán)，而工質(zhì)的循環(huán)由蒸發(fā)器毛細芯所產(chǎn)生的毛細壓力驅(qū)動，無需外加動力。由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。
環(huán)路熱管能將制冷機的冷量遠距離傳輸至受控元件,同時隔離制冷機對光學系統(tǒng)的電磁和機械震動干擾，環(huán)路熱管管線具有一定的柔性，方便在航天器內(nèi)靈活布局。
由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。但是其結(jié)構緊湊、面對長距離以及多點復雜的高熱流密度熱源的散熱現(xiàn)象，普通的測量設備很難精確的測量相變過程的溫度、速度等參數(shù)的變化；同時試驗的周期較長，費用很高，導致研發(fā)周期和成本都急劇增加。
針對上述現(xiàn)象，用戶單位某物理研究所提出需要環(huán)路熱管相變換熱整體解決方案，幫助其在熱管的研發(fā)設計前期，用仿真替代一部分試驗，縮短研發(fā)周期。
項目目標
積鼎基于公司現(xiàn)有的VirtualFlow軟件，通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善相關的求解算法和物性參數(shù)庫，形成熱管相變冷卻的整體解決方案。其可用于模擬吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現(xiàn)象，解決熱管試驗參數(shù)不易測量和試驗成本高等問題。
軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并能與理論計算比較驗證。
2. 解決方案及優(yōu)勢
主要算法和計算流程
軟件具備在含有不凝性氣體的工質(zhì)中計算蒸發(fā)及冷凝相變的能力，適用于蒸發(fā)器、冷凝器等存在不凝性氣體的設備的相變計算。
展開 6、檁條、墻梁
6-1、C型冷彎薄壁型鋼
6-1-1、型鋼截面特性
6-1-2、安裝節(jié)點圖
6-2、Z型冷彎薄壁型鋼
6-2-1、型鋼截面特性
6-2-2、安裝節(jié)點圖
7、屋面、墻面壓型鋼板
7-1、HV-203KL-406板
7-1-1、板型圖
7-1-2、連接節(jié)點圖
7-2、HV-380SF-760
7-2-1、板型圖
7-2-2、連接節(jié)點圖
7-3、HV-475SF-475板
7-3-1、板型圖
7-3-2、連接節(jié)點圖
7-4、HV-197TD-788板
7-4-1、板型圖
7-4-2、連接節(jié)點
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細現(xiàn)象而造成的滲水。
■該板型可用于屋面板和墻面板，采用自攻螺釘和屋面檁條或墻梁連接。
■用作屋面板時，螺釘穿過波峰與屋面檁條固定；用作墻面板時，螺釘在靠近波峰的波谷平直段與墻梁固定。
7-4、HV-205TD-820板
7-5-1、板型圖
7-5-2、連接節(jié)點圖
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細現(xiàn)象而造成的滲水。
■該板型可用于屋面板和墻面板，采用自攻螺釘和屋面檁條或墻梁連接。
■用作屋面板時，螺釘穿過波峰與屋面檁條固定；用作墻面板時，螺釘在靠近波峰的波谷平直段與墻梁固定。
7-6、HV-225TD-900板
7-6-1、板型圖
7-6-2、連接節(jié)點圖
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細現(xiàn)象而造成的滲水。
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毛細現(xiàn)象的相關專題、標簽、搜索
毛細現(xiàn)象的最新內(nèi)容
這種算法能夠精確地模擬吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現(xiàn)象，為熱管的設計與優(yōu)化提供了堅實的技術支持。
（二）準確、可靠的計算結(jié)果
在實際案例中，VirtualFlow軟件展現(xiàn)了優(yōu)秀的計算精度和可靠性。
在模擬過程中，能夠精確地模擬吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現(xiàn)象。
2、核島內(nèi)管道兩相流模擬
核島內(nèi)管道復雜，高溫液體在其中高速流動，當液體與壁面接觸時，劇烈的沸騰現(xiàn)象產(chǎn)生，氣泡不斷生成、長大并脫離壁面，形成復雜的氣液兩相流場。此過程中的相變現(xiàn)象對管道的熱傳遞效率及設備的穩(wěn)定性起著決定性作用。
Moldex3D毛細底部填膠模塊 (Moldex3D Underfill) 可模擬毛細流動，此現(xiàn)象是受到倒裝芯片底部填膠在點膠制程中底膠材料表面張力，及底膠材料、錫球與基板之間的接觸角度影響。Moldex3D覆晶封裝底部填膠模塊允許用戶輸入實際的點膠制程，并預測底部點膠制程中的氣孔位置，以大幅提高生產(chǎn)力。
Moldex3D毛細底部填膠模塊仿真是在 Moldex3D 「封裝」模塊中建立的。
</p><p>很低的雷諾數(shù)流動，如毛細現(xiàn)象</p><p>壁面相變問題，如壁面沸騰現(xiàn)象</p><p>大壓力梯度導致的邊界層分離現(xiàn)象</p><p> 依靠體積力驅(qū)動的流動，如自然對流，浮力等</p><p>對于3D模型，邊界層歪斜度較大也不適用壁面函數(shù)</p><p> </p><p>那應該如何處理呢？？？
</p><p>很低的雷諾數(shù)流動，如毛細現(xiàn)象</p><p>壁面相變問題，如壁面沸騰現(xiàn)象</p><p>大壓力梯度導致的邊界層分離現(xiàn)象</p><p> 依靠體積力驅(qū)動的流動，如自然對流，浮力等</p><p>對于3D模型，邊界層歪斜度較大也不適用壁面函數(shù)</p><p> </p><p>那應該如何處理呢？？？
</p><p><br></p><p>壁面函數(shù)基于對數(shù)律，要么忽略粘性底層，要么對粘性底層進行修正，對于粘性底層的求解仍然不夠精確，因此對于以下問題，壁面函數(shù)并不適用：</p><p>很低的雷諾數(shù)流動，如毛細現(xiàn)象</p><p>壁面相變問題，如壁面沸騰現(xiàn)象</p><p>大壓力梯度導致的邊界層分離現(xiàn)象</p><p>依靠體積力驅(qū)動的流動，如自然對流，浮力等</p><p>對于3D模型，邊界層歪斜度較大也不適用壁面函數(shù)
本軟件通過算法和工程實踐相結(jié)合，可以高精度的模擬環(huán)路熱管中吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)冷凝等相變過程，填補國產(chǎn)軟件在這個領域的空白，同時計算精度和效率比肩國外主流軟件。
基于軟件在沸騰換熱、冷凝換熱和毛細力現(xiàn)象等方面有高精度的預測能力，所以可以在化工、核電、汽車、電子電器、生物等相變換熱場景較多的行業(yè)進行推廣應用。
1. 背景介紹
多孔介質(zhì)的微小空隙中的任何兩種非互溶流體分界面的兩側(cè)存在的壓力差，即非浸潤相的壓力與浸潤相的壓力之差。毛細管壓力取決于流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅(qū)替過程中，毛細管壓力可以是驅(qū)動力，也可以是流動的阻力。浸潤相在毛細管壓力作用下，可以自發(fā)地驅(qū)替非浸潤相，即滲汲作用。毛細管壓力的存在影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運動規(guī)律，因此是滲流力學及有關的工程技術必須考慮的問題
Moldex3D毛細底部填膠模塊 (Moldex3D Underfill) 可模擬毛細流動，此現(xiàn)象是受到倒裝芯片底部填膠在點膠制程中底膠材料表面張力，及底膠材料、錫球與基板之間的接觸角度影響。Moldex3D覆晶封裝底部填膠模塊允許用戶輸入實際的點膠制程，并預測底部點膠制程中的氣孔位置，以大幅提高生產(chǎn)力。
Moldex3D毛細底部填膠模塊仿真是在 Moldex3D 「封裝」模塊中建立的。
（圖18：倒裝芯片封裝的結(jié)構示意圖）
資料來源：《集成電路系統(tǒng)級封裝》，國盛證券研究所
底部填充工藝利用的是材料的毛細現(xiàn)象。倒裝鍵合后芯片與基板的間隙較小，用針管將液態(tài)的底部填充料 沿芯片邊緣涂布，在毛細作用下，填充液會滲透到整個芯片底部。除了毛細填充方法，底部填充還可以將 非流動型下填料在芯片倒裝前涂布在基板上，并在芯片倒裝時施加壓力。
