微小型彎管內(nèi)雙重乳液的流體動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、乳液微流控技術(shù)依靠設(shè)計(jì)多相流體在微流控芯片流體網(wǎng)絡(luò)中的有序流動(dòng)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)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(duì)微流控過程中乳液在各種類型流道中流體動(dòng)力學(xué)特性開展研究將具有重要的理論價(jià)值和工程意義。
　　微流控過程中乳液往往會(huì)流經(jīng)分叉、彎曲、漸縮漸擴(kuò)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(dòng)力學(xué)行為，進(jìn)而對(duì)乳

2、液微流控操作效果產(chǎn)生重要影響。目前，雖然對(duì)乳液液滴在漸縮漸擴(kuò)管中的流體動(dòng)力學(xué)特性已經(jīng)開展了一定程度的研究，然而在對(duì)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(dòng)力學(xué)機(jī)理與規(guī)律的認(rèn)識(shí)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(dòng)的理論建模并結(jié)合可視化實(shí)驗(yàn)，研究了微小型彎管內(nèi)雙重乳液的流體動(dòng)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(dòng)的非穩(wěn)態(tài)理

3、論模型并進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了雙重乳液液滴在微小型彎管中流動(dòng)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(dòng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布，分析討論了不同角度彎管、毛細(xì)數(shù)、內(nèi)液滴、表面張力及油相粘度對(duì)雙重乳液液滴在微小型彎管中流動(dòng)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(shí)會(huì)受到離心力的影響，使得雙重乳液液滴的流動(dòng)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(yán)重時(shí)甚至發(fā)生破

4、裂;毛細(xì)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(dòng)力學(xué)特性的兩個(gè)非常重要的因素，在流經(jīng)同一結(jié)構(gòu)的微小型彎管時(shí)雙重乳液液滴的變形隨著毛細(xì)數(shù)的增大變得強(qiáng)烈，隨著表面張力的增大而減弱;內(nèi)外液滴半徑比對(duì)雙重乳液液滴的影響實(shí)際上則是內(nèi)液滴對(duì)整個(gè)雙重乳液液滴的影響，內(nèi)液滴的增大會(huì)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(huì)使乳液抑制形變的能力增強(qiáng)從而使乳液不容易發(fā)生破裂。
　　另外，本文還設(shè)計(jì)搭建了雙重乳液液滴在微小型彎