基于CLSVOF方法的单液滴撞击网丝特性数值研究的开题报告.docx

基于CLSVOF方法的单液滴撞击网丝特性数值研究的开题报告
一、选题背景
近年来，微流控技术在化学、生物、医学等领域的应用研究中得到了广泛关注与应用，然而，液滴运动特性研究是微流控中的一个重要组成部分，其中液滴与微流控中的微细结构的相互作用及运动特性是研究的重要内容之一。在微流控研究领域中，液滴在微流控结构中的捕获和操纵早已成为研究的热点之一。
液滴撞击网丝现象是微纳米领域中的一个重要课题，其涉及到物质传递、能量传递等方面的问题，对于研究微流控系统中的液滴控制和微细结构的运动特性具有重要意义。因此，研究液滴在网丝表面的撞击特性，对于提高触发流体混合的效果和改善微纳米加工质量具有重要实际意义。
二、研究意义
1、提高液滴撞击网丝的控制能力
微观世界中的液滴撞击网丝过程具有时域、流动和结构耦合的特点，这给液滴运动的控制和实现带来了巨大的挑战，因此，研究液滴撞击网丝的控制特性，将会为液滴运动控制提供理论指导和技术基础。
2、提高微纳米结构加工质量
微纳米结构加工存在一些技术难题，如加工精度、表面质量等，其中，液滴撞击网丝过程是影响加工质量的关键环节和瓶颈。因此，进一步研究该现象的运动机制，有助于提高微纳米结构加工质量。
3、推进微流控技术的发展
研究液滴撞击网丝现象对于微流控技术的发展有重要推动作用。微流控技术在生物、化学、医学等领域中的广泛应用，需要深入探索液滴运动的规律和特性，深入研究液滴撞击网丝现象的规律，可以为微流控技术的发展提供理论依据和实践基础。
三、研究内容
本课题旨在基于CLSVOF方法对单液滴撞击网丝的特性进行数值研究。具体内容包括：
1、构建液滴撞击网丝数值模型，建立计算网格。
2、选择合适的边界条件和物理参数，进行计算机数值模拟。
3、对模拟结果进行分析，验证和优化模型。
4、分析液滴在网丝表面的撞击特性与流体力学特性的关系。
5、通过模拟结果预测液滴在网丝表面的运动轨迹和变形程度。
四、研究方法
本研究将采用数值模拟方法，采用CLSVOF方法模拟单液滴在撞击网丝表面的流体运动过程，数值模拟过程如下：
1、建立数学模型，包括流体运动方程和质量守恒方程等。
2、确定数值方法并利用有限体积法对离散方程进行数值求解。
3、考虑CLRVOF方法中的几何重构问题，采用基于重构的CLS方法来捕捉相界面的位置。
4、通过MATLAB等数值计算软件实现计算模型，并对计算结果进行分析。
五、预期成果
1、建立单液滴撞击网丝的数值模型，掌握数值模拟技术。
2、探究液滴在网丝表面的撞击特性，提高对液滴运动的理解。
3、对微流控技术中液滴的运动控制等问题提出新的解决思路。
4、具有较好的学术意义和应用前景。
六、进度安排
第一周：阅读研究文献，熟悉模拟方法和模型建立技术。
第二周：建立液滴撞击网丝数值模型和计算网格，确定数值方法。
第三周：进行数值模拟计算，获取液滴在网丝表面的撞击特性数据和运动轨迹。
第四周：对计算结果进行分析与优化，提高模拟精度。
第五周：总结分析结果，编写研究报告。（时间为参考，具体排期以实际情况为准）
七、研究难点
1、液滴撞击网丝问题中不仅包含相界面的耦合问题，还涉及到相界面的变形等问题，对于模拟方法及计算结果精度要求十分高。
2、一次撞击过程中，液滴的形状、速度、质量等参数变化都十分复杂，波动性大，难以捕捉其真实撞击过程。
3、网丝结构对于液滴运动的影响是非常复杂的，需要构建更加精细的数值模型和计算网格。
八、参考文献
[1]房卓峰,程蔚,邱云.微流控技术中液滴运动与控制研究综述[J].北京化工大学学报,2016,43(1):1-11.
[2]GwonSH,KimHM,LeeHT.Numericalstudyontheimpactandrecessiondynamicsofadropletonathinwire[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2014,432:7-14.
[3]JooJ,LeeJK,TohBH,etal.Numericalsimulationofimpactandspreadingofnanoliterdropletonmicrofabricatedsurfaces[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2008,321(2):386-395.
[4]NguyenNT,LinG,CuiZF.Microdropgeneration[J].LabonaChip,2011,11(5):784-794.
[5]LaiHK,ChengHY,CaoBYin.Numericalsimulationofmicrodropletimpingingonaheatedandtexturedsurface[J].Internat