越来越有影响力的微流控(上)

2025-12-04 15:49:34

微流控是一门涉及到化学、流体力学、材料学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控技术在生物检测、成分分析和乳液合成等行业都有非常好的应用前景。我们能见到现阶段发布在高档刊物里的微流控文章,很多都是在文章中加入了模拟仿真部分,充分运用模拟仿真的优点可以帮助我们的研究。比如下列发布在Nature Communications 和 Nano Letters 里的文章都用了模拟仿真展示了微流通道里的流场分布和根据仿真模拟科学研究了一些相关因素对流动的影响,一些无法通过试验得到的内容我们都可以根据仿真模拟非常好的展现出来。

单相流:流体流动插口应用压力、流动速度等参量及其黏度、相对密度之类的物理属性来界定流体流动问题。层流物理接口包括不能缩小流和弱可压缩流概念模型。该流体流动接口还能够模拟仿真非牛顿流体。当流阻显著低于 1 时,可以用蠕动流物理插口。这一般称之为 Stokes 流,在黏性流动占主导时可用。它一般适用微流体元器件。

两相流:COMSOL有三种不一样的办法用以两相流模拟仿真:水平集、相场和移动网格。他们用以仿真模拟二种相页面分隔开的流体,并跟踪移动页面转变,包含页面弯折变形和界面张力。水平集和相场方式应用固定的背景网格,并根据求得额外的方程来追踪页面部位。移动网格方式求得移动网格里的流动方程,应用内部结构界限来表明流体相界面。在这样的情况下,根据随意拉格朗日欧拉法(ALE)求得额外方程来明确网格形变。所有这种方式以及物理接口均适用可压缩和不能缩小层流,且在其中一种或二种流体能够为非牛顿流体。


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