Управление динамикой пленок и капель жидкости на плоской поверхности электрическим полем

В последние годы развивается новое научное направление – управление движением малых объемов диэлектрических и проводящих жидкостей, в частности с помощью электрических полей. На этой основе осуществляются попытки создания микроэлектромеханических устройств (micro-fluidic devices) с целью перемещения, смешивания, и разделения жидкостей, в химических, медицинских и биотехнологиях в так называемых «лабораториях на чипах» (lab on-a-chip). Проект нацелен на решение фундаментальной проблемы электрофизики – формулировку физических принципов управления динамикой нестационарных течений диэлектрических жидкостей с помощью импульсных неоднородных электрических полей для перфорации пленок с целью интенсификации теплообмена на твердых поверхностях на мини- и микромасштабах. Проблема интенсификации теплообмена с твердой поверхности связана с актуальной проблемой охлаждения микроэлектронного оборудования. Один из наиболее перспективных способов ее решения – это создание на поверхности большого количества границ трехфазного контакта жидкость-газ-твердая поверхность. Для моделирования перечисленных электрогидродинамических течений жидких диэлектриков будет использован метод решеточных уравнений Больцмана (LBM), в теорию которого авторы проекта внесли значительный вклад, что тоже является новым. Будут разработаны алгоритмы и программы для нестационарных трехмерных расчетов течений жидкого диэлектрика с границами раздела фаз в сильных электрических полях с учетом силы тяжести, поверхностного натяжения, а также испарения жидкой фазы. Разработанные программы будут распараллеливаться по технологии CUDA на современных многоядерных графических ускорителях (GPU), что на порядки повысит производительность вычислений. Для этого у коллектива имеется современная вычислительная техника для параллельных вычислений. Постановка задач и предлагаемые методы их решения сформулированы впервые, поэтому исследования опережают мировой уровень.