微小型彎管內(nèi)雙重乳液的流體動力學(xué)特性研究.pdf

1、乳液微流控技術(shù)依靠設(shè)計多相流體在微流控芯片流體網(wǎng)絡(luò)中的有序流動便可以實現(xiàn)對乳液液滴體積、形貌以及產(chǎn)率等重要特性參數(shù)的精確調(diào)控，因此在微儲能材料制備、微化工過程操控及其微生物醫(yī)藥加工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此，對微流控過程中乳液在各種類型流道中流體動力學(xué)特性開展研究將具有重要的理論價值和工程意義。
　　微流控過程中乳液往往會流經(jīng)分叉、彎曲、漸縮漸擴等各類非直線和非均勻截面流道，從而引發(fā)乳液液滴的變形、破碎、聚并等動力學(xué)行為，進而對乳

2、液微流控操作效果產(chǎn)生重要影響。目前，雖然對乳液液滴在漸縮漸擴管中的流體動力學(xué)特性已經(jīng)開展了一定程度的研究，然而在對乳液液滴在微小型彎管這一特殊的局部阻力件中的流體動力學(xué)機理與規(guī)律的認識還不充分。為此，本文開展了雙重乳液液滴在微小型彎管中流動的理論建模并結(jié)合可視化實驗，研究了微小型彎管內(nèi)雙重乳液的流體動力學(xué)特性。
　　本文基于VOF(Volume of fluid)液/液相界面追蹤方法，建立了雙重乳液液滴在微小型彎管中流動的非穩(wěn)態(tài)理

3、論模型并進行數(shù)值模擬，研究了雙重乳液液滴在微小型彎管中流動過程中出現(xiàn)的變形、破裂等現(xiàn)象，給出了雙重乳液液滴在微小型彎管中流動的速度場和壓力場的分布，分析討論了不同角度彎管、毛細數(shù)、內(nèi)液滴、表面張力及油相粘度對雙重乳液液滴在微小型彎管中流動過程的影響。研究結(jié)果表明:雙重乳液液滴在流經(jīng)微小型彎管過程中，在彎頭轉(zhuǎn)角處時會受到離心力的影響，使得雙重乳液液滴的流動發(fā)生變形，并且隨著彎管的彎曲角度的增大，雙重乳液液滴的變形程度加劇，嚴重時甚至發(fā)生破

4、裂;毛細數(shù)和表面張力是影響微小型彎管中雙重乳液液滴流體動力學(xué)特性的兩個非常重要的因素，在流經(jīng)同一結(jié)構(gòu)的微小型彎管時雙重乳液液滴的變形隨著毛細數(shù)的增大變得強烈，隨著表面張力的增大而減弱;內(nèi)外液滴半徑比對雙重乳液液滴的影響實際上則是內(nèi)液滴對整個雙重乳液液滴的影響，內(nèi)液滴的增大會阻礙雙重乳液液滴在微小型彎管中的變形;此外，增大油相的粘度會使乳液抑制形變的能力增強從而使乳液不容易發(fā)生破裂。
　　另外，本文還設(shè)計搭建了雙重乳液液滴在微小型彎