电场与外流场耦合作用下液滴动力学行为的数值研究的任务书.docx

电场与外流场耦合作用下液滴动力学行为的数值研究的任务书
任务书
一、任务背景
随着微纳米技术的发展和应用，液滴在微纳米系统中扮演着越来越重要的角色。在微流控芯片、DNA芯片、微反应器等多种微纳米系统中，液滴共存和精确控制是实现单分子级别分析、反应和制造等操作的前提。因此，液滴运动的动力学行为对微纳米技术的发展具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
在微流体系统中，液滴运动的行为受到多种力的影响，其中电场与外流场的耦合作用是其中关键因素之一。在电泳和电渗等微纳米技术中，外加电场的作用可改变液滴的表面电荷状态和电阻性质，从而影响液滴的形态和运动。同时，液滴的移动也受到外流场流动的影响。因此，电场与外流场耦合作用下液滴动力学行为的数值研究具有非常重要的意义和价值。
二、任务目标
本次任务旨在通过数值模拟研究电场与外流场耦合作用下液滴的动力学行为，探究液滴形状和移动速度受到的电场和外流场的影响规律，为微纳米技术的发展提供理论指导和优化设计方案。
具体目标包括：
1.建立数值模型：建立液滴在电场与外流场共同作用下的数学模型，考虑液滴形态、电荷状态、表面张力、粘滞性等因素。
2.模拟液滴形变：通过数值模拟研究外加电场对于液滴形态和形变的影响，分析不同电场强度和方向对液滴运动的影响。
3.模拟液滴运动：通过数值模拟研究外流场对液滴运动的影响，分析不同流速和方向对液滴移动速度和方向的影响。
4.模拟液滴耦合：将电场和外流场耦合作用到液滴动力学模型中，分析两种场线性叠加时对液滴的共同影响，探究不同强度和方向的场对液滴运动的耦合程度和结果。
三、任务方案
1.建立数学模型：采用Stokes流体力学方程和Nernst-Planck方程描述体系，并使用COMSOL进行数值求解。
2.模拟液滴形变：固定液滴的表面张力、粘滞性等物理参数，分别设置不同电势和方向，计算电场下液滴形变情况，分析液滴形态稳定性、形变幅度等。
3.模拟液滴运动：将马赫数为0.1的外流场作用到液滴上，并分别设置不同流速和方向，计算液滴速度和位移，并分析不同流速和方向对液滴运动的影响。
4.模拟液滴耦合：将电场和外流场模型耦合，在不同场强度和方向下进行模拟，分析两种场的耦合程度和对液滴运动的共同影响。
四、任务进度
1.建立数学模型：1周。
2.模拟液滴形变：2周。
3.模拟液滴运动：2周。
4.模拟液滴耦合：2周。
5.数据分析和论文撰写：2周。
总计需要9周时间完成任务。
五、参考文献
1.Ren,Q.,Mao,L.,Jiang,Q.,&Liu,W.(2017).Electrowettingonsuperhydrophobicandsuperhydrophilicmicropatternedsurfacesinamicrofluidicchip.JournalofMicromechanicsandMicroengineering,27(1),015009.
2.Zhao,J.,Yu,Z.,He,Y.,Chen,H.,&Fang,Y.(2019).Electrocoalescenceoftwodropletssittingonachannelwallundertheactionofarotatingelectricfield.SoftMatter,15(5),990-997.
3.Bäumer,M.G.,Tiggelaar,R.M.,Gardeniers,J.G.,&Eijkel,J.C.(2017).Liquiddielectrophoresisfortunableinterfacialeffectsinmicrodroplets.LabonaChip,17(2),337-346.