VirtualFlow | 基于IST网格技术的微流体数值模拟

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微流体技术是研究可以通过使用微小尺寸的微小通道（通常为几十到几百微米）来处理少量流体的技术。虽然这项技术还处于发展阶段，但是微流体技术正迅速成为一项突破性技术，可应用于生物学、化学、信息技术及光学等领域。

数值模拟微流体的困难在于模型建立所需考虑的复杂性：从计算区域的维度选择到建立网格。在建立网格时，用户通常会面临关于网格众多参数的选取问题，例如：网格的精度、网格的拉伸率、网格偏斜度。这些参数不同取值会对计算的精度产生较大的影响，反过来也将影响离散格式的精度上限。

IST/BMR网格技术

浸入表面网格技术（Immersed Surface Technique, IST）可以解决传统网格微流体数值模拟遇到的问题，帮助用户更快速的建立网格。

浸入表面网格技术基于水平集方法，隐式求解跳跃交界面条件，将固体对象视为具有热力学属性的第二相，其内部的热传导与外部流体的对流直接耦合，在求解共轭传热问题上具有优势。浸入表面网格技术可以将复杂的几何网格映射到简化的笛卡尔坐标系，省去了传统网格建立时的繁琐设置。将固体对象的几何文件读入软件后，浸入表面网格技术在 Navier-Stokes 方程的求解过程中，直接读取墙壁的法向等信息来计算墙壁的粘性切变。为细化边界层区域的网格，在网格边界区域采用了分块网格优化功能（block-based mesh refinement，BMR）。

VirtualFlow采用IST/BMR网格技术，可实现导入CAD文件自动生成结构化网格，此外，可根据分析需求对模型分块及局部加密。

微流控芯片的流动控制

微流控芯片中的（液滴携带试剂）流动控制是医学领域的一个研究热点。在化学或生物学领域，学术界一直关注利用微流体处理器执行复杂任务的概念。而微流控芯片在工业上的应用也越来越令人鼓舞，典型例子如微流控芯片进行DNA测序。

微流体控制可以通过多种方式实现：如通过固定的超薄膜润湿，然后由马兰戈尼力或外加的温度梯度驱动液滴，或通过施加一个外部磁电场或声场来驱动液滴。

马兰戈尼力或外加的温度梯度驱动液滴包括射入液体的两进口部分，射入的液体分解为微液体团，并最后在中央区域合并，从下方出口区域流出，如下图所示。