微流体模块

单相流

流体流动 接口使用物理量（如压力和流率）以及物理属性（如黏度和密度）来定义流体流动问题。层流 接口广泛涵盖了不可压缩流和弱可压缩流的仿真，并支持模拟非牛顿流体流动。对于雷诺数明显小于 1 的情况，还可以使用蠕动流接口，通常也称为斯托克斯流，主要适用于微流体装置中黏性流动占主导的情况。

三相流

三相层流，相场 接口专用于追踪三种不混溶、不可压缩流体之间的界面，可用于实现层流 与三元相场 接口的深度耦合，适用于满足各相流体密度恒定假设的中低雷诺数层流工况。在求解过程中，不仅计算描述动量守恒的纳维–斯托克斯方程和质量守恒的连续性方程，还通过额外求解四个输运方程（包含两个相场变量方程及两个广义化学势方程）来追踪严格遵循自由能最小化原则的界面运动过程中的位置。

物质传递

“微流体模块”提供了专用于稀物质传递的接口，适用于模拟某一组分（溶剂）摩尔分数在 90% 及以上的混合体系，能够精确计算化学物质在扩散、对流（与流体流动耦合时）以及电场迁移作用下的综合传递过程。这一功能不仅常被用于评估混合器的性能，还能模拟由浓度梯度驱动的马兰戈尼效应。此外，针对微流体装置内的化学反应建模，“微流体模块”支持与化学反应工程模块结合使用，进一步扩展对包含二元扩散的浓物质传递的模拟能力。

电动流动

在稀物质传递分析中，可以根据能斯特–普朗克方程精确计算静电场中的离子电迁移效应。该功能广泛适用于电泳迁移率、电渗流等现象的仿真分析。通过将“微流体模块”与“化学反应工程模块”结合使用，可以直接调用能斯特–普朗克 接口和电泳输送 接口。这两个接口专用于电解质体系的建模仿真，不仅支持结合泊松方程或电中性条件来描述电荷守恒，更能通过将能斯特–普朗克方程与泊松方程紧密耦合，实现对带电双层及电渗流等微观物理场的高保真模拟。

两相流

“微流体模块”提供了三种不同的方法来模拟两相流：水平集方法、相场法和动网格方法。这些方法适用于模拟由运动流体界面分隔的两种流体，并能够详细跟踪界面的属性，包括表面曲率和表面张力。水平集和相场方法采用固定背景网格，并求解额外的方程来跟踪界面的位置。而动网格方法求解动网格上的流动方程，并在表面直接施加表示流体界面的边界条件。在这种情况下，可以采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法来求解网格变形的附加方程。所有这些方法及其接口都支持可压缩和不可压缩层流，其中一种或两种流体可以是非牛顿流体。

多孔介质流动

在微观几何结构中，多孔介质流动是一种常见现象。当孔径在微米范围内时，流动通常以摩擦为主；在这种情况下，可以使用达西定律来求解流动问题。为了满足这一需求，“微流体模块”提供了基于达西定律的多孔介质流动专用接口，其中忽略了与流动方向垂直的剪切应力。对于中间流，我们还提供了基于布林克曼方程的接口，用于模拟穿过多孔介质的流动，其中剪切应力无法被忽略，并支持斯托克斯–布林克曼公式（适用于非常低流速的情况）和 Forchheimer 阻力（用于解释较高流速的影响）。只要马赫数小于 0.3，流体既可以是不可压缩流，也可以是可压缩流。该公式允许自由和多孔介质模型，包括使用布林克曼方程或层流的多孔介质。

这些接口适用于研究和模拟微流体多孔介质流动，典型应用包括纸芯片微流控和生物组织中的传输现象。

稀薄气体流动和滑移流

当分子的平均自由程与流动的长度尺度相当时，就会发生稀薄气体流动现象，这种稀薄效应对于流体的重要性可以通过克努森数 Kn 来衡量。随着气体变得更加稀薄（即克努森数增大），存在于壁面上的一个平均自由程内的克努森层开始对流动产生显著影响。当克努森数小于 0.01 时，可以忽略稀薄效应，并且“微流体模块”的层流接口可以与非滑移边界条件结合使用。对于稍微稀薄的气体（0.01 < Kn < 0.1），可以通过适当的壁面边界条件和域中的连续纳维-斯托克斯方程对克努森层进行建模。在这种情况下，可以使用“微流体模块”中的滑移流 接口。为了模拟更高的克努森数，需要使用分子流模块。