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文檔簡介
1、目前微流控芯片技術(shù)應(yīng)用于能源的工程應(yīng)用和太陽能電池等應(yīng)用領(lǐng)域中,由于微流控芯片具有成本低、樣品消耗少等優(yōu)勢,具有重要的研究意義與廣闊的發(fā)展前景。而微液滴作為反應(yīng)的控制單元,對微液滴生成尺寸和頻率的可控性,在目前微流控芯片研究中,是必不可少的研究方向。目前使用最多的三種微通道模型中,十字聚焦流微通道具有剪切速度快、可以生成更小的液滴等優(yōu)勢,目前被廣泛應(yīng)用在大量生成微尺度液滴。本文利用十字聚焦流微通道,通過實(shí)驗(yàn)方法獲得微液滴,并在相同的邊界
2、條件下,進(jìn)行數(shù)值模擬。并在此基礎(chǔ)上提出多種微通道尺寸,進(jìn)行數(shù)值模擬;進(jìn)一步探討液滴形成的機(jī)理和如何深化微液滴生成的可控性。主要工作包括以下幾個(gè)方面:1.運(yùn)用有限元差分方法, N-S方程的數(shù)值方程運(yùn)算公式基礎(chǔ)上,闡述了SIMPLE迭代算法的插值方程運(yùn)算過程,詳細(xì)敘述了一種VOF界面追蹤方程耦合Level Set零等值面的數(shù)值模擬方法。
2.制作兩種尺寸的十字聚焦流微通道微芯片,選擇二甲基硅油與水做連續(xù)相與分散相,為得到分散系為油
3、包水分散系液滴,通過實(shí)驗(yàn),調(diào)控連續(xù)相速度得到多種不同尺度的液滴。并在相同的邊界條件下,運(yùn)用數(shù)值模擬軟件,并成功模擬得到與實(shí)驗(yàn)相同的液滴尺寸。
3.對網(wǎng)格進(jìn)行了無關(guān)性驗(yàn)證,得出在本文進(jìn)行的模擬中單體網(wǎng)格尺寸在2μm×2μm時(shí),網(wǎng)格對結(jié)果無關(guān),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。并且對實(shí)驗(yàn)?zāi)P瓦吔鐥l件優(yōu)化,引入毛細(xì)數(shù)Ca與韋伯?dāng)?shù)We兩種無量綱參數(shù),通過對流速、表面張力、黏度以及周期之間的變化,利用參數(shù)的來衡量液滴的變化規(guī)律,對液滴形成機(jī)理做探究。
4、 4.在前文的基礎(chǔ)上,以實(shí)現(xiàn)微通道模型優(yōu)化的目的,多次改變十字聚焦流微通道尺寸;提出尺寸為50μm、75μm和90μm的脖徑縮口二維微通道,對這三種模型進(jìn)行數(shù)值模擬,分析微通道脖徑縮口尺寸的改變對液滴的產(chǎn)生的影響,發(fā)現(xiàn)縮口對于液滴的生成速率和生成的液滴尺寸有影響;基于上述發(fā)現(xiàn),將分散相入射口的尺寸定為40μm,改變臨角分別為30°、45°、60°和75°,發(fā)現(xiàn)單一改變只對速度場有顯著的影響。因此固定側(cè)邊長度為50μm,對邊分別向中心軸
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