微小有限空间内微气泡控制生长的界面追踪与数值模拟

通过对微机电系统微流体器件中气泡生长实验结果的分析,考虑加热元表面液体微层的作用,将微气泡生长分为晶核形成、球形气泡、受侧壁挤压的气泡、沿微通道生长的气泡4个阶段,建立了矩形微通道内微气泡控制生长物理模型;采用Level Set Method模拟了矩形微通道内微气泡控制生长过程,获得了微气泡生长特性。数值模拟结果表明:微气泡初期生长速率较快,后期由于凝结率增大使生长速率减缓;液体温度、微通道宽度、微加热元宽度、加热电压等均对气泡生长始点和生长速率有显著影响。

微机电系统中的矩形通道内微气泡控制生长

采用微机电系统(MEMS)硅加工工艺,设计、加工出了6种不同规格的实验用微气泡控制生长MEMS器件;构建了MEMS器件中微气泡控制生长实验系统并完成了实验,讨论了热负荷、微加热元宽度、微通道截面参数、工质流速及物性参数等对微气泡生长的影响。结果表明:同等实验条件下,加热电压幅值越高,微气泡生长速率越快;加热脉冲宽度仅对微气泡形成后的进一步生长有影响;加热条件相同的前提下,微加热元宽度越大,气泡成核所需的时间越短、微气泡生长速率越快;微通道宽度一定且高宽比大于1的条件下,高宽比越小,后期微气泡生长速率越慢;微流体的流速越高,微气泡生长始点越晚、生长速率也越低。相同实验条件下,R113、FC-72、去离子水三者中,R113中微气泡生长始点最靠前、生长速率最快,去离子水中微气泡生长最靠后、生长速率最慢。