桌面上水银液滴呈现球形的条件

利用旋转椭球模型和最小势能原理,研究桌面上水银液滴呈现球形的条件,结论是其半径小于毛细常数的五分之一.

静态水银液滴建模仿真研究

根据流体力学Young-Lap lace公式和微分几何学主曲率方程,利用液体自由面的对称性质建立数学模型,并导出静态水银液滴自由面函数方程,然后对只有重力作用下的水银液滴建模,利用MATLAB求解出自由面函数方程,并仿真、绘制出了水银液滴在只有重力加速度下的自由面函数曲线,最后分析了影响仿真的因素.对静态水银液滴在重力加速度下的建模仿真,将对水银电容式加速度传感器的研究有重大意义.

接触角滞后对变截面微通道内水银液滴流动特性影响的数值仿真研究

为了能更真实反映变截面硅微通道内惯性力驱动水银微液滴的流动特性,在数值仿真中应考虑接触角滞后对流动特性的影响。利用FLUENT软件的VOF-CSF模型研究了惯性微流体开关中水银微液滴在变截面微通道内受惯性力驱动的流动特性,编写动态和静态接触角滞后的UDF函数,对变截面微通道中内流动特性进行了数值仿真分析。结果表明,设置静态接触角和加载10°接触角滞后UDF函数时,惯性微流体开关的加速度阈值分别为13.2 g n和16.4 g n。不同接触角滞后值对水银微液滴的流动特性有重要影响,且接触角滞后性越大,水银液滴流动速度降低,更难冲破微阀进入储液槽。由于水银液滴在惯性力驱动下的接触线运动速度较低,动态接触角对流动特性的影响可以忽略,动态接触角滞后可由静态接触角滞后代替。

微加速度开关中水银微液滴流动特性的研究

为了解决传统微加速度开关接触磨损、信号跳变等问题,增强接触可靠性,采用液态金属取代传统微开关的固-固接触方式。基于液态金属的微加速度开关是通过液态金属水银液滴在加速度作用下实现开关动作,具有无可动部件、低接触电阻、寿命长、允许通过大电流等特点。利用FLUENT软件的VOF-CSF模型对水银微加速度开关进行了数值仿真分析,研究了接触角、水银体积和温度对水银在微加速度开关中流动特性的影响。为能真实反映水银流动特性,更采用FLUENT中的用户自定义程序UDF考虑了动态接触角的情况。仿真结果与理论结果表明接触角和水银微液滴体积对流动特性影响较大,温度对流动特性影响较小。

水银微流体惯性开关的研制(英文)

针对传统微机械"固-固"型触点开关存在信号跳变、触点磨损等缺点,研制了一种利用水银液滴在变矩形截面微通道中流动来实现通断的微流体惯性开关.结合解析分析和数值仿真确定了影响开关阈值的微阀门宽度、微通道深度、侧壁扩张角等关键结构参数,并将田口稳健设计方法用于参数的优化设计,利用响应面法和信噪比(SNR)优化得到了微阀门宽度、微通道深度、侧壁扩张角分别为175μm、245μm和8°;采用阳极键合和反应离子深刻蚀(DRIE)制作了硅微通道,利用溅射沉积方式沉积了约100 nm厚的铬电极,并对开关样机进行了离心测试.实验测试结果表明,开关的闭合阈值为9.536g,与目标值9.8g的偏差为2.7%.