W/O液滴绕流微柱阵列的数值模拟研究

基于COMSOL Multiphysics 4.1层流两相流模型,通过数值模拟研究了连续相流速一定的情况下大接触角(?=160°)的油包水(W/O)液滴绕流微柱阵列的二维运动。通过相场方法考虑表面张力的影响,实现对油-水界面的追踪,获得了W/O液滴的运动状态,重点考查了液滴尺寸对运动特性的影响。模拟结果表明,初始尺寸不同的液滴变形后,长度上存在差异,但厚度基本一致,尺寸介于100?m~150?m液滴的运动速度与液滴尺寸无关。进一步研究了利用尖楔对液滴进行分割的过程,发现液滴脱离末端微柱时,其垂向位置高度与液滴尺寸密切相关,呈先线性增加后趋于定值的特点,利用这一预定位功能及尖楔结构可以获得尺寸可控的均匀子液滴。数值方法与已有实验结果基本一致,且可以很好地表现W/O液滴与微柱的相互作用,揭示液滴的流动细节和运动规律,为设计更为复杂的液滴微流控芯片提供了支撑。