CN111159883A - 在复杂相变特性流体环境中的微透镜热回流工艺分析方法 - Google Patents

Abstract

一种热回流工艺分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立整体的三维几何模型，该整体的几何模型为一个长方体，其表面即为计算的边界，其内部即为计算域；步骤2：取整体几何模型的一部分作为局部研究对象，取局部三维几何模型的一个截面，建立一个二维几何模型；步骤3：用前处理软件对二维几何模型进行网格划分，设置初步的边界条件和流体区域；步骤4：将网格导入FLUENT软件中，定义用于仿真计算热回流过程的计算模型，同时确定求解计算该过程的控制方程；步骤5：设置仿真模型的边界条件和求解控制方程的数值计算方法；步骤6：对控制方程进行迭代计算。基于此方法，可以分析和评估热回流成型过程，更好地控制实际生产的相应参数来实现更精确的制造。

Description

在复杂相变特性流体环境中的微透镜热回流工艺分析方法

技术领域

本发明属于微光学器件、微流体器件的加工工艺领域，具体涉及微纳 加工方法的分析和评估，尤其涉及一种在复杂相变特性流体环境中的微透 镜热回流工艺分析方法。

背景技术

微透镜是一种应用广泛的微光学元件，在光学传感器，光纤耦合，集 成三维成像，光束整型等领域都有应用。对于不同的应用场合，微透镜的 形态也各不相同，包括不同数值孔径的球形透镜、椭球透镜、圆柱形透镜、 倾斜透镜等等。由于微透镜的广泛应用和形态多样性，学者们提出了许多 加工方法，如超精密机床加工、激光直写技术、灰度掩膜技术、湿法刻蚀、 挤出打印、热回流等等。在这些技术中，热回流是最简单、经济的加工方 法，且能够获得非常高的表面精度。

热回流技术是利用处于熔融状态的有机物在表面张力的作用下，趋于 能量最小化的原理来实现微结构的整形和表面光滑。在没有任何技术手段 的作用下，熔融的有机物会最终回流成球形，数值孔径由有机物和基底的 属性决定。为了加工形态多样的微透镜，需要对热回流过程进行控制。近 年来，学者们提出许多新的热回流加工方法，来实现对热回流过程的控制。 在这些方法中，通过将热回流和翻模过程结合起来，利用PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)辅助热回流具有高度的稳定性 和普适性。引入PDMS之后，不仅可以加工接触线确定的不同数值孔径的 球形透镜，还可以加工倾斜角不同的倾斜透镜，两者分别利用了热回流的 整型和表面光滑的原理。在现有技术中，这两种作用是不能同时满足的， 那么引入PDMS后该方法是如何实现高度的普适性是一个亟待探索的问 题。由于基于该方法的微透镜加工在很短的时间内就完成了，很难用实验 方法研究它的成型过程，也就很难细致地分析实验过程中一些工艺参数对 实验的影响，不利于进一步优化实验参数，更精确地控制实验过程。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在复杂相变特性流体环境 中的微透镜热回流工艺分析方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的 至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种热回流工艺分析方法，包括以 下步骤：

步骤1：根据热回流实验涉及的两相流体的整个流动区域，建立整体 的三维几何模型，该整体的几何模型为一个长方体，其表面即为计算的边 界，其内部即为计算域；利用仿真计算前处理软件划分网格，设置初步的 边界条件和计算域内流体的性质；将网格导入FLUENT软件中，设置用于 仿真计算的计算模型，从而确定相应的控制方程；设置计算域内材料参数 和计算边界的边界条件；在计算域内，距离底部计算边界一定高度处设置 监控点，用于采集该点处温度值在仿真计算过程中随时间的变化情况；设 置求解控制方程的计算方法并给求解计算中涉及到的变量设置初值，基于 这些初值和计算方法，对控制方程进行迭代计算；最后对之前监控点处得 到的数据进行处理，拟合得到该处的温度时间函数；

步骤2：取步骤1中整体几何模型的一部分作为局部研究对象，建立 一个局部的三维的几何模型，为了简化计算量，仅取局部三维几何模型的 一个截面，建立一个二维几何模型，用于之后的仿真计算，该二维几何模 型的边线为计算边界，内部为计算域；

步骤3：用前处理软件对步骤2中的二维几何模型进行网格划分，设 置初步的边界条件和流体区域；

步骤4：将步骤3中的网格导入FLUENT软件中，根据热回流实验过 程中，两种流体的流动状态和仿真计算需要达到的目的，定义用于仿真计 算热回流过程的计算模型，从而将几何模型转化为仿真模型，同时也就确 定了求解计算该过程的控制方程；在仿真软件中定义实验中涉及到的材料 的参数，之后确定具体哪一种材料为计算过程中的第一相；

步骤5：设置步骤4中的仿真模型的边界条件和求解步骤4中控制方 程的数值计算方法；

步骤6：给控制方程中涉及到的变量赋初始，基于这些初值和步骤5 中的数值计算方法，对控制方程进行迭代计算。

其中，所述方法还包括步骤7：利用步骤1到步骤6所述的方法对微 透镜的热回流过程进行仿真计算和结果后处理与分析；分析回流过程中的 速度矢量图、两相体积分数云图以及回流轮廓随时间变化的情况，准确仿 真微透镜的热回流过程以及揭示微透镜在具有复杂相变特性流体环境中 的热回流成型机理，对各种结构微透镜和多种工艺参数的具有相变特性的 热回流过程进行预测。

其中，步骤1具体实现包括如下子步骤：

子步骤1.1：忽略回流过程中两相流体的相互作用，主要考虑整个实 验系统的温度场变化；由于两相的热参数较为相近，整个计算域内流体简 化为单相流体，然后利用软件建立整体的几何模型；

子步骤1.2：利用软件对整体几何模型进行网格划分，划分六面体网 格，并设置初步的边界条件和计算域属性；

子步骤1.3：将步骤1.2中的计算网格导入FLUENT软件中，打开层 流模型、能量模型和融化凝固模型，设置顶部和两侧壁面为热对流壁面边 界条件，设置对流换热系数和来流温度，设置底部壁面为恒温边界条件， 设置热阻和温度；

子步骤1.4：采用基于压力的隐式求解器对具有相变特性的微透镜的 热回流流场进行数值模拟，用半隐式算法求解压力耦合方程，压力插值格 式选用交错压力格式，梯度离散方法选用基于单元体的最小二乘法插值格 式，动量方程和能量方程的离散方法选用二阶迎风插值格式，体积分数离 散方法选用压缩插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式；

子步骤1.5：在距底面一定高度处中心设置温度随时间变化监控点， 记录温度时间数据；之后，初始化流场，进行迭代计算。

其中，步骤2具体实现方法为：

在整个微透镜回流过程中，每个透镜看作是等效的，整个实验系统可 以看成由许多周期性结构组成，取其中一部分作为研究对象，为了简化计 算，取该部分的一个截面为研究对象，利用软件建立二维几何模型。

其中，步骤3具体实现方法为：

利用软件划分网格，划分四边形网格，初步设置边界条件，在之后的 步骤再进行细致的设置，设置流体区域属性。

其中，步骤4具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤4.1：微透镜热回流过程的雷诺数远小于临界雷诺数，选用层 流模型；选用体积流模型计算回流过程中两相的界面；打开能量方程，计 算回流过程中瞬态温度场的变化；

子步骤4.2：回流过程中涉及的两相材料分别为光刻胶和聚二甲基硅 氧烷，聚二甲基硅氧烷粘度随温度和时间的变化可以由阿仑尼乌斯双方程 进行表征；通过实验测量聚二甲基硅氧烷在不同温度下粘度随时间变化的 曲线，处理数据可得用于实验的聚二甲基硅氧烷对应的阿仑尼乌斯双方程 的参数，其余的材料参数由查阅文献资料所得；编写聚二甲基硅氧烷粘度 的用户自定义函数，导入材料参数设置中，其余材料参数可直接填写；

子步骤4.3：设置两相，选取体积较大的相为第一相；打开连续表面 力模型，设置壁面粘附，且设置表面张力系数。

其中，步骤5具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤5.1：分别设置两侧壁面为绝热边界条件，底部壁面为恒温边 界条件，设置壁面温度，壁面厚度，壁面材料，设置压力出口边界条件， 出口压强为大气压，出口温度为由步骤1得来的温度时间函数，以用户自 定义函数的形式输入到压力出口的温度设置中；

子步骤5.2：采用基于压力的隐式求解器对具有复杂相变特性的微透 镜的热回流流场进行数值模拟，用半隐式算法求解压力耦合方程，压力插 值格式选用交错压力格式，梯度离散方法选用基于单元体的最小二乘法插 值格式，动量方程和能量方程的离散方法选用二阶迎风插值格式，体积分 数离散方法选用压缩插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式。

其中，步骤6的具体实现方法为：

设置计算中各变量的初始值并对整个计算区域进行初始化，设置计算 时间步长和时间步数，基于初始值和计算方法进行迭代计算控制方程。

其中，步骤1、步骤2和步骤3涉及的几何建模和网格划分软件均为 GAMBIT软件。

其中，对复杂流体覆盖下的热回流过程进行数值模拟和数值分析，能 够揭示PDMS辅助热回流既能够对微结构进行整型或只进行表面光滑的 机理分析。

基于上述技术方案可知，本发明的热回流工艺分析方法相对于现有技 术至少具有如下有益效果之一：

1、本发明的方法将流体动力学方程和连续表面力模型相结合，相对 于传统的方法而言，更加准确的展现了热回流整个过程。基于此方法，可 以分析和评估热回流成型过程，更好地控制实际生产的相应参数来实现更 精确的制造。

2、本发明的方法将仿真结果与实验结果进行对比，保证仿真模型的 合理性与准确性，使得该仿真模型和仿真结果具有为实验提供理论依据的 意义。

3、本发明的方法对复杂流体覆盖下的热回流过程进行数值模拟和数 值分析，可以揭示PDMS辅助热回流既可以对微结构进行整型又可以只进 行表面光滑的机理。基于此结果，可以进一步优化实验参数，进一步探究 复杂流体辅助热回流这种工艺方法，加工形状更加可控，更加多样的微透 镜及微透镜阵列。

附图说明

图1为本发明的一种具有复杂相变特性的微透镜热回流工艺分析方法 的流程图；

图2为本发明的模型简化原理图；

图3为本发明实例1中的柱形微透镜几何模型和边界条件设置图；

图4为本发明实例1中的轮廓演变图，选取时刻分别为0s，0.2s，1s， 2s，3s，其中2s和3s的轮廓线重合；

图5为本发明实例1中的速度矢量场，选取时间为2.8s，速度范围为 0μm到0.18μm，速度大小正比于矢量图中矢量的长度；

图6为本发明实例1中的实验结果与仿真结果对比图，其中：(a)为 仿真结果的光刻胶体积云图，(b)为实验结果的柱形微透镜截面的SEM 图；

图7为本发明实例2中的倾斜微透镜几何模型和边界条件设置图；

图8为本发明实例2中的轮廓演变图，选取时刻分别为0s，0.2s，1s， 2s，3s；

图9为本发明实例2中的速度矢量场，选取时间为0.1s，速度范围为 0μm到1.5μm，速度大小正比于矢量图中矢量的长度；

图10为本发明实例2中的实验结果与仿真结果对比图，其中：(a) 为仿真结果的光刻胶体积云图，(b)为实验结果的倾斜柱形微透镜截面的 SEM图。

具体实施方式

本发明是对引入了PDMS的复杂相变特性流体环境中的微透镜热回 流工艺分析进行研究，由于在高温下，光刻胶可以看成粘性流体，PDMS 在达到胶点之前也可以看成粘性流体，整个回流过程可以看成两种互不相 融的复杂流体间的相互作用。本发明通过对热回流过程中，两种流体的交 界面的演化过程，以及整个回流过程流场的分布的研究，来探索PDMS辅 助热回流的成型机理，从而为PDMS辅助热回流方法进一步的应用提供理 论的依据。

具体地，本发明公开了一种在复杂相变特性流体环境中的微透镜热回 流工艺分析方法，其通过对整体回流模型的温度场的仿真，得到局部模型 压力出口处的温度和时间的数据，拟合得到随时间变化的温度函数作为局 部模型压力出口处的温度边界条件。在整体模型中取局部结构作为研究对 象，构建几何模型，划分网格，完善计算模型设置。对网格进行加密，提 高两相界面计算的准确性。选用体积流模型作为两相交界面轮廓的计算方法，并打开连续表面力模型，引入表面张力和壁面粘附力。设置材料属性、 边界条件、计算方法和计算时间步，进行热回流的求解计算。通过对数值 计算结果的分析，得出具有复杂相变特性的微透镜热回流的成型过程及成 型机理，为之后不同工艺参数下的具有复杂相变特性的热回流工艺过程提 供理论基础。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实例选取PDMS辅助热回流加工柱形微透镜的工艺过程进行仿真， 分析其成型过程和成型机理。

如图1所示，本发明实例公开的具有复杂相变特性的微透镜热回流工 艺分析方法用于PDMS辅助热回流加工柱形微透镜的工艺过程仿真具体 实施步骤如下：

步骤1(s101)：根据热回流实验涉及的两相流体的整个流动区域，建 立整体的三维几何模型，该整体的几何模型为一个长方体，其表面即为计 算的边界，其内部即为计算域；利用仿真计算前处理软件划分网格，设置 初步的边界条件和计算域内流体的性质；将网格导入FLUENT软件中，设 置用于仿真计算的计算模型，从而确定相应的控制方程；设置计算域内材 料参数和计算边界的边界条件；在计算域内，距离底部计算边界一定高度 处设置监控点，用于采集该点处温度值在仿真计算过程中随时间的变化情 况；设置求解控制方程的计算方法并给求解计算中涉及到的变量设置初值， 基于这些初值和计算方法，对控制方程进行迭代计算；最后对之前监控点 处得到的数据进行处理，拟合得到该处的温度时间函数；

步骤1的具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤1.1：忽略回流过程中的两相相互作用，主要考虑整个计算域 温度场变化。由于两相的热参数较为相近，整个计算域简化为单相流体。 利用GAMBIT软件，建立一个10mm×10mm×1mm的长方体几何模型；

子步骤1.2：利用GAMBIT软件对几何模型进行网格划分，划分网格 尺寸为0.2mm×0.2mm×0.04mm的六面体网格，并设置初步的边界条件和 计算域属性；

子步骤1.3：将步骤1.2计算网格导入FLUENT软件中，打开层流模 型、能量模型和融化凝固模型，设置顶部和两侧壁面为热对流壁面边界条 件，对流换热系数为18m²·k/w，来流温度为298K，设置热阻大小为 2.5e-04m²·k/w，设置底部壁面为壁面温度等于453K的恒温边界条件；

子步骤1.4：采用基于压力的隐式求解器对整体模型在给定边界条件 下的温度场变化进行数值模拟，用半隐式(SIMPLE)算法求解压力耦合 方程，压力插值格式选用交错压力格式(PRESTO！)，梯度离散方法选用 基于单元体的最小二乘法(Least Squares CellBased)插值格式，动量方程 和能量方程的离散方法选用二阶迎风(Second Order Upwind)插值格式， 体积分数离散方法选用压缩(Compressive)插值格式，瞬态项格式选用一 阶隐式；

子步骤1.5：在距底面60μm处中心设置温度随时间变化监控点，记录 温度时间数据。之后，初始化流场，进行迭代计算。

步骤2(s102)：取步骤1中整体几何模型的一部分作为局部研究对象， 建立一个局部的三维的几何模型，为了简化计算量，仅取局部三维几何模 型的一个截面，建立一个二维几何模型，用于之后的仿真计算，该二维几 何模型的边线为计算边界，内部为计算域；

如图2所示，在整个微透镜回流过程中，每个透镜可以看作是等效的， 可以取部分作为研究对象即可，且为了简化运算，取三维结构的一个截面 为研究对象。利用GAMBIT软件建立60μm×400μm的长方形计算域，将 三维的透镜转化为二维平面结构，由于在光刻过程中存在侧壁倾角，实际 回流之前的微结构可以简化为平面的梯形结构，相应的几何模型如图3所 示。

步骤3(s103)：用前处理软件对步骤2中的二维几何模型进行网格划 分，设置初步的边界条件和流体区域；

利用GAMBIT软件划分网格，划分四边形网格，网格尺寸为 0.5μm×1μm，初步设置边界条件，在之后的步骤再进行细致的设置，设置 流体区域。

步骤4(_s104)：将步骤3中的网格导入FLUENT软件中，根据热回 流实验过程中，两种流体的流动状态和仿真计算需要达到的目的，定义用 于仿真计算热回流过程的计算模型，从而将几何模型转化为仿真模型，同 时也就确定了求解计算该过程的控制方程；在仿真软件中定义实验中涉及 到的材料的参数，之后确定具体哪一种材料为计算过程中的第一相；

步骤4具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤4.1：微透镜热回流过程的雷诺数远小于临界雷诺数，为层流， 选用层流模型；选用VOF模型计算回流过程中两相的界面；打开能量方 程，计算回流过程中瞬态温度场的变化；

子步骤4.2：回流过程中涉及的两相材料分别为光刻胶和聚二甲基硅 氧烷(PDMS)，PDMS粘度随温度和时间的变化可以由阿仑尼乌斯 (Arrhenius)双方程进行表征。通过实验测量PDMS在不同温度下粘度随 时间变化的曲线，处理数据可得用于实验的PDMS对应的Arrhenius双方 程的参数。其余的材料参数由查阅文献资料所得。编写PDMS粘度的用户 自定义函数，导入材料参数设置中，其余材料参数可直接填写。

子步骤4.3：设置PDMS为第一相，光刻胶为第二相。打开连续表面 力模型，设置壁面粘附，且表面张力系数设为0.028N/m。

步骤5(s105)：设置步骤4中的仿真模型的边界条件和求解步骤4中 控制方程的数值计算方法；将步骤1得到的压力出口温度的边界条件以 UDF的形式输入到仿真中，同时设置其他相应的边界条件。选择合适的数 值计算方法，求解控制方程。

步骤5具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤5.1：如图3所示，分别设置两侧壁面为绝热边界条件，底部 壁面为恒温边界条件，壁面温度为453K，壁面厚度为0.345mm，壁面材 料为玻璃，设置压力出口边界条件，出口压强为大气压，出口温度为由步 骤1得来的温度时间函数，以UDF的形式输入到压力出口的温度设置中。

子步骤5.2：采用基于压力的隐式求解器对具有相变特性的微透镜的 热回流流场进行数值模拟，用SIMPLE算法求解压力耦合方程，压力插值 格式选用PRESTO！，梯度离散方法选用Least Squares Cell Based插值格式， 动量方程和能量方程的离散方法选用Second Order Upwind插值格式，体 积分数离散方法选用Compressive插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式。

步骤6(s106)：给控制方程中涉及到的变量赋初始，基于这些初值和 步骤5中的数值计算方法，对控制方程进行迭代计算。

设置初始温度为室温298K，初始压强为标准大气压，即表压为零， 采用全局初始化。path光刻胶区域的光刻胶的体积分数为1，PDMS区域 的光刻胶的体积分数为零；path两个在UDF中用到的储存器的初始值为 零。时间步长为2e-03s，计算步为1500步，计算时长为3s，此时底部覆 盖在光刻胶上的PDMS已经固化。

步骤7：计算结果后处理及准确性验证：

利用CFD-Post显示不同时刻两相轮廓图，提取交界面处的轮廓线， 用MATLAB生成柱面透镜在回流过程中的轮廓演变，如图4所示。利用 CFD-Post显示2.8s即底部PDMS已经固化了的速度矢量图，如图5所示。 分析仿真结果，可以得出具有相变特性的微透镜热回流成型的机理。将仿 真结果与实验进行对比，如图6所示，其中，(a)为仿真结果的光刻胶体积云图，(b)为实验结果的倾斜柱形微透镜截面的SEM图。仿真结果与 实验结果具有很好的一致性，为进一步优化实验参数，进一步探究复杂流 体辅助热回流这种工艺方法，加工形状更加可控，更加多样的微透镜及微 透镜阵列提供理论依据。

实施例2

本实例选取PDMS辅助热回流加工倾斜柱形微透镜的工艺过程进行 仿真，分析其成型过程和成型机理。

本实例公开的具有复杂相变特性的微透镜热回流工艺分析方法用于 PDMS辅助热回流加工倾斜柱形微透镜的工艺过程仿真分析具体实施步骤 与实例1相应步骤基本相同。其中将步骤二中的几何模型进行替换，替换 为倾斜柱形透镜的仿真计算的简化模型，如图7所示。其余设置均不改变。 回流的轮廓演变图和时间为0.1s时的速度矢量图如图8和图9所示。仿真 结果和实验结果的对比图如图10所示，其中，(a)为仿真结果的光刻胶 体积云图，(b)为实验结果的倾斜柱形微透镜截面的SEM图。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热回流工艺分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据热回流实验涉及的两相流体的整个流动区域，建立整体的三维几何模型，该整体的几何模型为一个长方体，其表面即为计算的边界，其内部即为计算域；利用仿真计算前处理软件划分网格，设置初步的边界条件和计算域内流体的性质；将网格导入FLUENT软件中，设置用于仿真计算的计算模型，从而确定相应的控制方程；设置计算域内材料参数和计算边界的边界条件；在计算域内，距离底部计算边界一定高度处设置监控点，用于采集该点处温度值在仿真计算过程中随时间的变化情况；设置求解控制方程的计算方法并给求解计算中涉及到的变量设置初值，基于这些初值和计算方法，对控制方程进行迭代计算；最后对所述监控点处得到的数据进行处理，拟合得到该处的温度时间函数；

步骤2：取步骤1中整体几何模型的一部分作为局部研究对象，建立一个局部的三维的几何模型，为了简化计算量，仅取局部三维几何模型的一个截面，建立一个二维几何模型，用于之后的仿真计算，该二维几何模型的边线为计算边界，内部为计算域；

步骤3：用前处理软件对步骤2中的二维几何模型进行网格划分，设置初步的边界条件和流体区域；

步骤4：将步骤3中的网格导入FLUENT软件中，根据热回流实验过程中，两种流体的流动状态和仿真计算需要达到的目的，定义用于仿真计算热回流过程的计算模型，从而将几何模型转化为仿真模型，同时也就确定了求解计算该过程的控制方程；在仿真软件中定义实验中涉及到的材料的参数；

步骤5：设置步骤4中的仿真模型的边界条件和求解步骤4中控制方程的数值计算方法；

步骤6：给控制方程中涉及到的变量赋初始，基于这些初值和步骤5中的数值计算方法，对控制方程进行迭代计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤7：利用步骤1到步骤6所述的方法对微透镜的热回流过程进行仿真计算和结果后处理与分析；分析回流过程中的速度矢量图、两相体积分数云图以及回流轮廓随时间变化的情况，准确仿真微透镜的热回流过程以及揭示微透镜在具有复杂相变特性流体环境中的热回流成型机理，对各种结构微透镜和多种工艺参数的具有相变特性的热回流过程进行预测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体实现包括如下子步骤：

子步骤1.1：忽略回流过程中两相流体的相互作用，主要考虑整个实验系统的温度场变化；由于两相的热参数较为相近，整个计算域内流体简化为单相流体，然后利用软件建立整体的几何模型；

子步骤1.2：利用软件对整体几何模型进行网格划分，划分六面体网格，并设置初步的边界条件和计算域属性；

子步骤1.3：将步骤1.2中的计算网格导入FLUENT软件中，打开层流模型、能量模型和融化凝固模型，设置顶部和两侧壁面为热对流壁面边界条件，设置对流换热系数和来流温度，设置底部壁面为恒温边界条件，设置热阻和温度；

子步骤1.4：采用基于压力的隐式求解器对具有相变特性的微透镜的热回流流场进行数值模拟，用半隐式算法求解压力耦合方程，压力插值格式选用交错压力格式，梯度离散方法选用基于单元体的最小二乘法插值格式，动量方程和能量方程的离散方法选用二阶迎风插值格式，体积分数离散方法选用压缩插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式；

子步骤1.5：在距底面一定高度处中心设置温度随时间变化监控点，记录温度时间数据；之后，初始化流场，进行迭代计算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2具体实现方法为：

在整个微透镜回流过程中，每个透镜看作是等效的，整个实验系统可以看成由许多周期性结构组成，取其中一部分作为研究对象，为了简化计算，取该部分的一个截面为研究对象，利用软件建立二维几何模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3具体实现方法为：

利用软件划分网格，划分四边形网格，初步设置边界条件，在之后的步骤再进行细致的设置，设置流体区域属性。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤4.1：微透镜热回流过程的雷诺数远小于临界雷诺数，选用层流模型；选用体积流模型计算回流过程中两相的界面；打开能量方程，计算回流过程中瞬态温度场的变化；

子步骤4.2：回流过程中涉及的两相材料分别为光刻胶和聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷粘度随温度和时间的变化可以由阿仑尼乌斯双方程进行表征；通过实验测量聚二甲基硅氧烷在不同温度下粘度随时间变化的曲线，处理数据可得用于实验的聚二甲基硅氧烷对应的阿仑尼乌斯双方程的参数，其余的材料参数由查阅文献资料所得；编写聚二甲基硅氧烷粘度的用户自定义函数，导入材料参数设置中，其余材料参数可直接填写；

子步骤4.3：设置两相，选取体积较大的相为第一相；打开连续表面力模型，设置壁面粘附，且设置表面张力系数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5具体实现方法包括如下子步骤：

子步骤5.1：分别设置两侧壁面为绝热边界条件，底部壁面为恒温边界条件，设置壁面温度，壁面厚度，壁面材料，设置压力出口边界条件，出口压强为大气压，出口温度为由步骤1得来的温度时间函数，以用户自定义函数的形式输入到压力出口的温度设置中；

子步骤5.2：采用基于压力的隐式求解器对具有复杂相变特性的微透镜的热回流流场进行数值模拟，用半隐式算法求解压力耦合方程，压力插值格式选用交错压力格式，梯度离散方法选用基于单元体的最小二乘法插值格式，动量方程和能量方程的离散方法选用二阶迎风插值格式，体积分数离散方法选用压缩插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6的具体实现方法为：

设置计算中各变量的初始值并对整个计算区域进行初始化，设置计算时间步长和时间步数，基于初始值和计算方法进行迭代计算控制方程。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1、步骤2和步骤3涉及的几何建模和网格划分软件均为GAMBIT软件。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对复杂流体覆盖下的热回流过程进行数值模拟和数值分析，能够揭示PDMS辅助热回流既能够对微结构进行整型或只进行表面光滑的机理分析。

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