基于可控微气泡的声涡流颗粒轨迹变化研究

发布时间：2021-07-24 16:31

　　超声波与液体中微尺度气泡相耦合时,会产生独特且复杂的声流动（Acoustic Streaming）现象,已被广泛的应用于医疗、生命科学、军事等领域。然而,在气泡声流控（Bubble Acoustic）应用以及研究中,对微尺度气泡形态和尺寸难以形成有效控制,使得该项技术的可重复性和应用范围受到限制。针对此问题,引入了可控微尺度气泡的概念,利用聚二甲基硅氧烷材料的透气斥水特性,可实现对微尺度气泡生成及其形态变化的有效控制。在此基础上对声流动涡流中颗粒的受力状态进行了理论分析,并通过改变对比实验的核心参数,探究声流动引起的涡流中颗粒运动轨迹与气泡尺寸、颗粒尺寸之间的关系。研究结果表明,通过调节气泡尺寸可实现稳定、线性的声场涡流控制。可控微尺度气泡的引入提高了声流动现象的可重复性,并拓宽了气泡声流控技术的应用范围,对建立自动化、智能化、柔性化的快速细胞分选系统以及疾病快速检测系统具有重要意义。 

【文章来源】：液压与气动. 2020,(08)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

基于可控微气泡的声流控系统

图1 基于可控微气泡的声流控系统当流道内表面存在局部结构的空间夹角小于液体与流道的前进夹角时,就会有部分空气在液体前进过程中被留存于该空间中,形成微小残留气泡如图2所示,此时的必要条件为:

该气泡受流道中液体压力变化和PDMS气道中气压变化的影响而长大或缩小。当气体通道中气压大于气泡中气压时,于流体通道和气体通道之间的多孔PDMS屏障处产生空气压力梯度,导致气体通道中气体通过PDMS扩散到气泡内。如图3a、图3b所示,气体扩散改变气泡内压力,使气泡发生膨胀。同理,当气体通道中气压小于气泡中气压时,空气传质方向改变,气泡内气体透过PDMS扩散到气体通道中,致使气泡缩小,气泡体积V变化试验曲线如图3c、图3d所示。2 多场耦合条件下的颗粒受力及轨迹变化

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统动态流量特性研究[J]. 刘洁,浦舟,刘旭玲,李松晶.  液压与气动. 2019(09)
[2]基于微流控驻停气泡的连续型气-液微反应器[J]. 李博文,刘吉晓,周一笛,郭士杰,李铁军.  液压与气动. 2018(09)
[3]湍流中粒子－流体间的传质[J]. 蒋新,陈甘棠,李希.  高校化学工程学报. 1996(03)

硕士论文
[1]PDMS基多孔涂层微观结构调控及超疏水性能研究[D]. 李亚茹.陕西科技大学 2015



本文编号：3301016