微通道内液滴生成及分断行为的研究
发布时间：2021-08-15 04:08
微通道以其高通量、微尺度、易控制等优势被应用于化学分析、化学合成、生物医药等诸多领域,对于载体微液滴的生成以及操控等的研究也受到学者的青睐。本文对于不同微通道内液滴的生成以及分断行为进行了实验和数值模拟研究,探讨微通道内液-液两相流的流体力学行为。温差驱动液滴生成基于液-液两相间溶解度随温度变化,对于正己烷-甲醇体系,高温时二者互溶为均相液,低温时分层形成烃相和醇相两相,在微通道空间限制作用下则生成液滴。实验中观察到弹状流、滴状流、均相流等流型,且液滴尺寸随均相液流量增大而减小,随正己烷初始过饱和度增大而增大。数值模拟十字聚焦型微通道内液滴的生成,研究连续相单侧流速以及连续相通道进口单侧几何结构变化等引起的非对称性对液滴生成的影响。液滴的生成过程分为四种流型:弹状流、滴状流、喷射流以及环状流。影响液滴尺寸的因素包括分散相流速、连续相流速以及微通道几何结构,液滴尺寸与分散相流速呈正相关,与连续相流速呈负相关。单侧连续相进口参数变化导致的非对称性使得液滴的运动轨迹和形态发生变化。对线性障碍物微通道内液滴分断过程的流变行为进行数值模拟,研究母液滴当量直径与线性障碍物长度比L对液滴分断临界毛系...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微流体技术应用
天津大学硕士学位论文还是药物释放[7]，微液滴均表现出其优势，所制备的包裹药物的微胶囊尺寸可控均一性好，可定向诱导至靶器官后释放，释放速率可根据药物种类不同进行精准控制。生物学领域的应用主要集中在细胞检测[8]和蛋白质结晶[9, 10]。其中，细胞检测多采用荧光检测法，为精准检测细胞特性提供了方便快捷的方法；蛋白质结晶不仅可以高通量筛选结晶条件，也可测定结晶动力学以及热力学，方便快捷极大程度节约了药品用量和测定时间。至于微化工领得应用主要是用于实现沉淀反应[11]、颗粒合成[12]、水解反应[13]、乳化聚合反应[14]等的微反应器，以及精密仪器内置微换热器等。此外，新近兴起的喷墨打印机、液滴数字化 PCR 等领域的应用，再一次催生了微流体技术研究的热潮。
1.2 微液滴生成微液滴生成是微流体技术领域最为基础的研究，基于微液滴的微流体领域的应用都依赖于尺寸可控、均一性好的液滴的生成。微通道内液滴生成的原理与宏观仪器设备内通过搅拌等方式实现液滴生成有本质上的相似之处，液滴生成均是由于连续相与分散相间的界面受到足够大的作用力而失稳，从而在连续相中形成分散相的微液滴[28]。但宏观设备内液滴、乳液或者微胶囊的生成多采用搅拌实现而微通道内液滴生成过程无动部件，多借助通道结构的设计实现。根据作用于界面的作用力不同，微液滴生成方法可分为被动式和主动式两种[29, 30]。被动式液滴生成主要利用微通道几何结构的限制使得两相界面失稳从而生成液滴[31]，常见的方法有采用 T-型通道的错流剪切法[32, 33]，采用十字型微通道的流动聚焦法[34-36]，采用嵌套毛细管的共轴聚焦法[37-39]，以及采用台阶式液滴生成装置的剪切-压力法[40]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Y聚焦型微通道内磁流体液滴的生成与调控[J]. 马蕊,付涛涛,张沁丹,刘偲,朱春英,马友光. 化工学报. 2018(02)
[2]微流控液滴技术及其应用的研究进展[J]. 刘赵淼,杨洋,杜宇,逄燕. 分析化学. 2017(02)
[3]“T”型微通道内气泡破裂行为研究（英文）[J]. 刘向东,张程宾,俞炜,邓梓龙,陈永平. Science Bulletin. 2016(10)
[4]Asymmetric breakup of a droplet in an axisymmetric extensional flow[J]. Dongming Yu,Manman Zheng,Taoming Jin,Jingtao Wang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(01)
[5]生物化学中微流体数字化技术的应用分析[J]. 李园园. 生物技术世界. 2015(11)
[6]十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟[J]. 王维萌,马一萍,陈斌. 化工学报. 2015(05)
[7]T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析[J]. 王琳琳,胡洪萍. 价值工程. 2012(31)
[8]T型微流控芯片中微液滴破裂的数值模拟[J]. 王澎,陈斌. 化工学报. 2012(04)
[9]T型微通道内气液两相流数值模拟[J]. 王琳琳,李国君,田辉,叶阳辉. 西安交通大学学报. 2011(09)
[10]格子Boltzman方法数值模拟微通道内不互溶液液两相流动[J]. 雍玉梅,杨超,姜毅,JOSHI Ameya,施友纯,尹小龙. 中国科学:化学. 2010(12)
博士论文
[1]微通道内气泡破裂与界面动力学研究[D]. 王晓达.天津大学 2015
[2]液滴微流控的实验应用和理论研究[D]. 吴平.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]电场与外流场耦合作用下液滴动力学行为的数值研究[D]. 余婧雯.东南大学 2017
[2]微通道内非牛顿流体中气泡破裂及聚并行为的模拟研究[D]. 齐童.天津理工大学 2017
[3]微通道内磁流体液滴生成及破裂行为的磁力调控[D]. 李华俊.天津大学 2016
[4]内部结构对复乳液流变性质的影响[D]. 景贺峰.天津大学 2015
[5]用于细胞培养的微流体设计及在生物传感检测中的应用[D]. 唐晓亮.太原理工大学 2015
[6]Y型分岔微通道内气泡/液滴破裂行为的研究[D]. 丛振霞.天津大学 2014
[7]微通道中液液两相流动与混合过程的数值模拟[D]. 王佳男.浙江大学 2013
[8]微通道内流体混合过程强化的数值模拟研究[D]. 王昆.浙江大学 2010
本文编号：3343824
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微流体技术应用
天津大学硕士学位论文还是药物释放[7]，微液滴均表现出其优势，所制备的包裹药物的微胶囊尺寸可控均一性好，可定向诱导至靶器官后释放，释放速率可根据药物种类不同进行精准控制。生物学领域的应用主要集中在细胞检测[8]和蛋白质结晶[9, 10]。其中，细胞检测多采用荧光检测法，为精准检测细胞特性提供了方便快捷的方法；蛋白质结晶不仅可以高通量筛选结晶条件，也可测定结晶动力学以及热力学，方便快捷极大程度节约了药品用量和测定时间。至于微化工领得应用主要是用于实现沉淀反应[11]、颗粒合成[12]、水解反应[13]、乳化聚合反应[14]等的微反应器，以及精密仪器内置微换热器等。此外，新近兴起的喷墨打印机、液滴数字化 PCR 等领域的应用，再一次催生了微流体技术研究的热潮。
1.2 微液滴生成微液滴生成是微流体技术领域最为基础的研究，基于微液滴的微流体领域的应用都依赖于尺寸可控、均一性好的液滴的生成。微通道内液滴生成的原理与宏观仪器设备内通过搅拌等方式实现液滴生成有本质上的相似之处，液滴生成均是由于连续相与分散相间的界面受到足够大的作用力而失稳，从而在连续相中形成分散相的微液滴[28]。但宏观设备内液滴、乳液或者微胶囊的生成多采用搅拌实现而微通道内液滴生成过程无动部件，多借助通道结构的设计实现。根据作用于界面的作用力不同，微液滴生成方法可分为被动式和主动式两种[29, 30]。被动式液滴生成主要利用微通道几何结构的限制使得两相界面失稳从而生成液滴[31]，常见的方法有采用 T-型通道的错流剪切法[32, 33]，采用十字型微通道的流动聚焦法[34-36]，采用嵌套毛细管的共轴聚焦法[37-39]，以及采用台阶式液滴生成装置的剪切-压力法[40]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Y聚焦型微通道内磁流体液滴的生成与调控[J]. 马蕊,付涛涛,张沁丹,刘偲,朱春英,马友光. 化工学报. 2018(02)
[2]微流控液滴技术及其应用的研究进展[J]. 刘赵淼,杨洋,杜宇,逄燕. 分析化学. 2017(02)
[3]“T”型微通道内气泡破裂行为研究（英文）[J]. 刘向东,张程宾,俞炜,邓梓龙,陈永平. Science Bulletin. 2016(10)
[4]Asymmetric breakup of a droplet in an axisymmetric extensional flow[J]. Dongming Yu,Manman Zheng,Taoming Jin,Jingtao Wang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(01)
[5]生物化学中微流体数字化技术的应用分析[J]. 李园园. 生物技术世界. 2015(11)
[6]十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟[J]. 王维萌,马一萍,陈斌. 化工学报. 2015(05)
[7]T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析[J]. 王琳琳,胡洪萍. 价值工程. 2012(31)
[8]T型微流控芯片中微液滴破裂的数值模拟[J]. 王澎,陈斌. 化工学报. 2012(04)
[9]T型微通道内气液两相流数值模拟[J]. 王琳琳,李国君,田辉,叶阳辉. 西安交通大学学报. 2011(09)
[10]格子Boltzman方法数值模拟微通道内不互溶液液两相流动[J]. 雍玉梅,杨超,姜毅,JOSHI Ameya,施友纯,尹小龙. 中国科学:化学. 2010(12)
博士论文
[1]微通道内气泡破裂与界面动力学研究[D]. 王晓达.天津大学 2015
[2]液滴微流控的实验应用和理论研究[D]. 吴平.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]电场与外流场耦合作用下液滴动力学行为的数值研究[D]. 余婧雯.东南大学 2017
[2]微通道内非牛顿流体中气泡破裂及聚并行为的模拟研究[D]. 齐童.天津理工大学 2017
[3]微通道内磁流体液滴生成及破裂行为的磁力调控[D]. 李华俊.天津大学 2016
[4]内部结构对复乳液流变性质的影响[D]. 景贺峰.天津大学 2015
[5]用于细胞培养的微流体设计及在生物传感检测中的应用[D]. 唐晓亮.太原理工大学 2015
[6]Y型分岔微通道内气泡/液滴破裂行为的研究[D]. 丛振霞.天津大学 2014
[7]微通道中液液两相流动与混合过程的数值模拟[D]. 王佳男.浙江大学 2013
[8]微通道内流体混合过程强化的数值模拟研究[D]. 王昆.浙江大学 2010
本文编号：3343824
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