电场作用下液滴的铺展特性

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近年来MEMS等技术的发展使得微米甚至是纳米尺度的液滴/液膜流动在流体机械领域引起了广泛的关注。随研究尺度减小,外加电场作用、基底表面性质以及界面电荷密度引起的表面张力的变化必将对液体的动力学特征产生重要的影响,进而在很大程度上决定了产品质量及其应用效能。  因此,本文针对导电液滴在不同基底上的运动过程,基于润滑理论和漏介电质模型建立了电场作用下两极板间液滴铺展和振荡的演化模型,采用PDECOL程序数值模拟了不同底部电势下液滴的动力学特征及多种参数的影响,讨论了主要特征量的变化率。主要内容如下:  (1)针对平整基底上导电液滴的运动过程,推导出液膜厚度和界面电荷密度的演化方程组,借助PDECOL程序数值模拟了底部电势分别为线性电势、非线性电势和交流电势时液滴的动力学特性,讨论了不同电场作用下液滴自由界面形态变化,通过分析不同电毛细力数C和电极板间距下液滴主要特征量随时间的变化率,讨论了电场对液滴铺展过程的影响。  (2)针对非平整基底上导电液滴的运动过程,推导出其稳态下的液膜厚度方程,利用PDECOL程序数值模拟了不同基底表面上液滴的铺展速率,研究了恒定电势大小在液滴铺展过程中的作用,并讨论了基底结构参数、所施加电场形式的变化对液滴铺展过程中的外形轮廓和铺展速率的影响。引入分离压模型,模拟比较了分离压作用下液滴在非平整基底上独特的铺展特征。
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