PDMS涂层表面上电控水滴的连续运动
流体动力学
2023-05-02 v1
摘要
通过详细建模与实验，分析了PDMS涂层单主动电极上水滴的电控连续运动。实验中，当水滴位于主动电极上方、水平地线恰置于其上的开放EWOD构型时，实现了水滴的连续运动。使用CCD相机确定水滴的瞬时质心位置，并通过数值微分推断其速度。边缘检测图像还用于确定运动液滴相对于基底的前进与后退接触角。考察了2、6和10微升水滴在170-270 VDC电压范围内的运动，以研究液滴体积和电压对液滴变形与速度的影响。使用COMSOL Multiphysics进行了仿真，其中电场与流体动力学完全耦合。水滴运动由三相接触线处的Young-Lippmann铺展引发，随后是分布于主动电极与地线之间、局域于液滴-空气界面的非均匀电场力。求解器计算Maxwell应力张量，并将其作为体积静电力引入Navier-Stokes方程。完全耦合的数值解与实验测得的硅油涂层PDMS层上液滴运动良好吻合（该情况下无接触线摩擦）。带摩擦的接触角模型使仿真与裸PDMS层上的液滴运动紧密一致。在两种表面上，水滴的连续运动均呈现为三个阶段：初始铺展、加速和达到恒定速度。包含电场-流体流动耦合的数值建模被证明能产生与实验相符的数据。
引用
@article{arxiv.2305.00420,
title = {Continuous motion of an electrically actuated water droplet over a PDMS-coated surface},
author = {Supriya Upadhyay and K. Muralidhar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.00420},
year = {2023}
}