非對(duì)稱微通道內(nèi)氣泡破裂行為的研究.pdf

1、近年來(lái)，微化工技術(shù)發(fā)展迅速，作為微化工技術(shù)的重要基礎(chǔ)，氣泡在微流控設(shè)備中的破裂行為受到了中外學(xué)者的廣泛重視。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了氣泡在非對(duì)稱微通道內(nèi)的破裂行為。
　　采用高速攝像儀對(duì)不等寬T型分岔微通道中氣泡的破裂和分配規(guī)律進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到完全阻塞破裂（POB），有空隙破裂（TB），不破裂（NB）三種流型。對(duì)于破裂的流型，由于微通道下游子氣泡對(duì)分岔口處氣泡破裂的反饋效應(yīng)，兩個(gè)子氣泡分配比V2/V1隨氣液流量比的

2、增大呈先增大后減小的非線性變化趨勢(shì)。隨著無(wú)量綱母氣泡體積V0/w02h的增大，V2/V1也呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，并且存在一個(gè)臨界無(wú)量綱母氣泡體積(V0/w02h)c。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，氣液流量比對(duì)(V0/w02h)c的影響較大，而液相黏度對(duì)(V0/w02h)c的影響可以忽略。提出了子氣泡分配比的預(yù)測(cè)式，預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。氣泡完全阻塞破裂過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：擠壓階段和快速夾斷階段。擠壓階段又可分為快速擠壓階段和慢速擠壓階段。快速

3、擠壓階段尚未發(fā)現(xiàn)普遍的變化規(guī)律。慢速擠壓階段無(wú)量綱氣泡頸部最小寬度與時(shí)間存在指數(shù)關(guān)系：(1-wm/w0)∝t0.62。表觀流速和液相黏度的增加可使頸部變細(xì)速率加快，而氣泡初始長(zhǎng)度對(duì)氣泡頸部變化的影響可以忽略。在快速夾斷階段，無(wú)量綱氣泡頸部最小寬度與剩余時(shí)間存在指數(shù)關(guān)系：wm/w0∝(T-t)0.32。
　　實(shí)驗(yàn)研究了氣泡在T型不等長(zhǎng)微通道內(nèi)的流型及分配規(guī)律。實(shí)驗(yàn)觀察到完全阻塞破裂（POB）、有空隙破裂（TB）、不破裂三種流型（NB

4、）。氣泡是否破裂的轉(zhuǎn)變規(guī)律可用無(wú)量綱初始?xì)馀蓍L(zhǎng)度和Ca數(shù)的冪律關(guān)系表示。氣泡破裂后的分配比隨無(wú)量綱初始長(zhǎng)度的增加而減小。不同初始長(zhǎng)度氣泡破裂后的分配行為，其機(jī)理不同。對(duì)于較短的初始?xì)馀?，子氣泡分配比由局部界面變化和下游支通道阻力共同控制。?duì)于較長(zhǎng)的初始?xì)馀?，子氣泡分配比主要由下游支通道阻力決定。
　　采用流體體積法（Volume of Fluid,VOF）模擬了氣泡在T型旁路微通道內(nèi)的阻塞破裂過(guò)程。在研究范圍內(nèi)，液相平均來(lái)流速度較