毛细管填充 - 相场法

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本例研究一个放置在装满水的蓄水池顶部的垂直细圆柱体。由于空气/水界面处的壁附着力和表面张力,水通过通道上升。

在 MEMS 装置中,表面张力和壁附着力通常用于通过微通道输送流体,或者通过微量吸管测量、输送和放置少量流体。多孔介质中的多相流动和固体壁上的液滴是壁附着力和表面张力强烈影响流动动力学的另一个示例。

为了对壁面上的黏附力进行正确建模,边界条件的处理非常重要。如果将壁上的速度固定为零,界面将无法沿壁移动。这就需要您允许非零滑移速度,并增加壁上的摩擦力。利用这样的边界条件,可以明确地设置接触角,即流体界面与壁之间的夹角。

模型计算压力场、速度场以及水面的形状和位置,其中采用水平集方法或相场法来跟踪空气/水界面,并介绍如何增加摩擦力和指定通道壁的接触角。在整个仿真过程中,毛细力控制重力,因此界面在整个仿真过程中向上移动。

案例中展示的此类问题通常可通过以下产品建模: