微流体CFD仿真需要用到哪些关键物理模型？
1. 流体动力学模型
Navier-Stokes方程：作为流体动力学的基础，稳态或瞬态Navier-Stokes方程用于描述流体的速度、压力和密度分布，以及它们随时间和空间的变化。这些偏微分方程反映了质量守恒、动量守恒和能量守恒的基本原理。
2. 层流模型
微流体系统中，由于通道尺寸小、雷诺数低，流动通常呈现层流特性。直接应用Navier-Stokes方程即可模拟层流流动，无需引入额外的湍流模型。
3. 湍流模型
尽管微流体系统以层流为主，但在某些情况下（如高流速、复杂几何结构、流动不稳定等），可能会出现湍流现象。此时，可能需要采用RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，雷诺平均 Navier-Stokes）模型，如Spalart-Allmaras、k-ε、k-ω等，或者LES（Large Eddy Simulation，大涡模拟）等更高级的湍流模型来捕捉湍流效应。不过，对于大多数微流体应用而言，直接使用层流模型已足够。
4. 表面张力模型
微流体系统中，表面张力对流动形态、液滴行为和稳定性起着重要作用。CFD仿真中通常会包含表面张力模型，如Continuum Surface Force (CSF)模型、Phase Field模型或者基于Laplace-Young方程的边界条件，来计算和施加表面张力力项。
5. 多相流模型
微流体系统可能涉及气液、液液、固液等多相流动，如液滴生成、破碎、合并、蒸发、浸润、迁移等过程。常用的多相流模型包括VOF（Volume of Fluid）方法、Level Set方法、Mixture模型、Euler-Euler模型等，用于追踪相界面、计算两相间相互作用力以及相变现象。
6. 传热模型
微热管理系统、微反应器等应用中，热传递对流体流动和系统性能至关重要。需要考虑热对流、热传导和热辐射。对流项由Navier-Stokes方程中的能量方程描述；热传导则通过傅里叶定律计算；如果辐射传热不可忽略，可能还需要引入辐射换热模型，如P1近似、DO模型等。
7. 化学反应模型
在微反应器、生物芯片等应用中，化学反应动力学需要被纳入仿真。这包括反应速率方程、物种输运方程以及可能的热效应。有时还需要考虑化学反应对流体物性（如粘度、密度、热导率）的影响。
8. 电磁驱动模型
电渗流（EOF）、磁场驱动流动（如磁流体动力学，MHD）等技术在微流控中有广泛应用。此时需要在CFD中加入电场或磁场模型，计算电磁力对流体的影响，如Lorentz力模型、Maxwell方程组的求解等。
9. 壁面滑移与粗糙度模型
微流道壁面的微观结构或表面性质（如超疏水、超亲水）可能引起壁面滑移现象。仿真中需考虑壁面滑移边界条件或采用专门的滑移长度模型。同时，壁面粗糙度对流动阻力和边界层发展有影响，可能需要使用粗糙壁面模型。
10. 微结构流动模型
对于含有微结构（如微柱阵列、微孔介质、微混合器元件）的微流控芯片，可能需要使用专门的模型来描述微结构对流体流动的增强效应，如Darcy-Brinkman模型、Forchheimer修正等。
