流动聚焦微通道内牛顿微液滴在幂律剪切致稀流体中的生成研究

发布时间：2020-12-27 02:55

　　采用开源CFD软件OpenFOAM中的interFoam求解器对流动聚焦微通道内微液滴的形成过程进行了数值模拟。通过与文献中的实验数据进行对比,验证了VOF模型和幂律非牛顿流体模型的准确性。并以此为基础模拟了幂律剪切致稀流体中牛顿微液滴的形成过程,研究了幂律流体的幂律指数n和稠度系数K对微液滴生成的影响。研究表明,在滴状和挤压状流型中,离散线颈部宽度与周期内剩余时间呈幂律关系;离散线长度在坍塌阶段呈现线性缓慢增长,在夹断阶段呈现近似指数迅速增长的趋势。随着n和K的增大,液滴的尺寸逐渐减小,而生成频率则逐渐增大,且n的变化比K的变化对其产生的影响更明显。 

【文章来源】：化工学报. 2020年04期 北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

流动聚焦型微通道几何模型

离散相流体以恒定流率Qd从通道左侧流入，幂律剪切致稀流体作为连续相以Qc/2的流率从通道的两侧流入。模拟选取的流体属性如表2所示，对于所有参数的幂律剪切致稀流体，流体黏度均随着剪切率的增大而减小。且在低剪切率下，黏度变化较大；在高剪切率下，黏度基本不发生改变。壁面采用无滑移边界条件，壁面处压力梯度为0，出口为大气压。3 结果与讨论

液滴形成过程中两相不混溶线总长度Lt和颈部宽度Wm随时间的变化如图4所示，在液滴生成过程的初始阶段Lt增长缓慢，随着时间的推移增长速度逐渐加快。总长度Lt的偏差主要受壁面润湿特性的影响，由于文献未给出壁面接触角，本文假设壁面被连续相完全润湿，造成破裂过程中总长度略小于实验测量值，壁面润湿特性对颈部宽度基本不会产生影响，因此模拟获得的颈部宽度数据与实验吻合较好。3.1.2 幂律流体模型验证

【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴微流控技术在生物医学中的应用进展[J]. 闫嘉航,赵磊,申少斐,马超,王进义.  分析化学. 2016(04)
[2]十字聚焦型微通道内弹状液滴在黏弹性流体中的生成与尺寸预测[J]. 张沁丹,付涛涛,朱春英,马友光.  化工学报. 2016(02)



本文编号：2940965