Numerical simulation of electrowetting using electric body force density and surface tension

The electrowetting is a phenomenon in which the shape of a droplet is deformed by external electric field. The most of electrowetting studies have been presented by researchers from the mechanical viewpoint. In this paper, we present a numerical method to calculate the droplet shape by taking into account the effects of external electric field, surface tension and gravity. The numerical analysis for shape calculation is formulated by using the equilibrium condition of hydrostatical pressure in the coupled system of external electric field and surface tension in the presence of gravity. The model is numerically implemented and coupled using a standard finite element procedure. The proposed method is numerically tested and validated in a shaping problem of water droplet placed above a conductor coated by dielectric material in external electric field. The electrowetting phenomenon was successfully modeled and analyzed by the proposed approach.

Nawilżanie elektryczne polega na tym, że kształt kropli jest odkształcany poprzez zewnętrzne pole elektryczne. Większość prac dotyczących nawilżania elektrycznego została dokonana przez badaczy z mechanicznego punktu widzenia. Artykuł przedstawia numeryczną metodę obliczania kształtu kropli z uwzględnieniem wpływu zewnętrznego pola elektrycznego, naprężenia powierzchniowego i grawitacji. Numeryczna analiza obliczania kształtu wykorzystuje warunki równowagi ciśnienia hydrostatycznego w sprzężonym układzie zewnętrznego pola elektrycznego i naprężenia powierzchniowego w obecności grawitacji. Model jest wdrożony numerycznie i sprawdzony przy użyciu standardowej procedury elementów skończonych.Proponowana metoda jest numerycznie testowana i sprawdzana poprzez problem kropli wody umieszczonej ponad przewodnikiem pokrytym dielektrykiem w zewnętrznym polu magnetycznym. Zjawisko nawilżania elektrycznego jest z powodzeniem modelowane i analizowane przy użyciu proponowanego podejścia do zagadnienia