【摘 要】
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近年来 MEMS等技术的发展使得微米尺度甚至纳米尺度的超薄液膜流动在流体力学领域备受关注。随研究尺度减小,基底结构和表面活性剂引起的液膜表面张力变化,必将对液膜流动产生
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近年来 MEMS等技术的发展使得微米尺度甚至纳米尺度的超薄液膜流动在流体力学领域备受关注。随研究尺度减小,基底结构和表面活性剂引起的液膜表面张力变化,必将对液膜流动产生重要影响,进而在一定程度上决定了产品质量及功能。 因此,本文针对非平整基底上含不溶性活性剂液膜/液滴的流动过程,采用润滑理论建立了液膜厚度和浓度演化模型,通过数值模拟得到了液膜/液滴的流动特性及相关参数的影响规律,并利用非模态稳定性理论分析了稳定性特征。主要内容如下: (1)针对倾斜凹槽基底上薄液膜的流动过程,通过PDECOL程序求解表面活性剂作用下的数值问题,研究了稳态下液膜的流动特征,并分析了各参数及作用力对表面波形的影响。 (2)针对连续凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动过程,借助数值模拟分析了液膜的铺展速度及隆起现象,并讨论了爬坡/下坡两种情形下的不同流动特征,以及分离压和结合压在活性剂液膜铺展过程中的影响。 (3)建立二维微柱阵列壁面上含不溶性活性剂液滴铺展的理论模型,利用PDECOL程序模拟分析了微柱阵列壁面对活性剂液滴铺展过程的影响,并讨论了预置液膜厚度、初始活性剂浓度及基底结构尺度对液滴铺展速度和液膜表面形状的影响。 (4)建立倾斜粗糙壁面上含不溶性活性剂液滴的铺展模型,采用瞬态增长法,针对重力、Marangoni力和与壁面性质相关的毛细力共同作用下液滴铺展过程,进一步探究了其稳定性特征及不同因素影响的内在机理。
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