微通道内液滴成型与分裂的模拟研究

发布时间：2017-09-04 13:15

  本文关键词：微通道内液滴成型与分裂的模拟研究

  更多相关文章： 微流控 液滴成型 黏度 数值模拟

【摘要】：随着微流控芯片研究的不断发展,其研究领域已不仅仅局限在分析化学,已拓展到生物、医学、药学、材料学、计算机学等学科领域,微流控学也已成为一门新兴的前沿学科。微液滴的形成与操控是实现微流控芯片功能的基础,目前相关研究有待深入。本文研究了微通道内液滴生成和分裂过程以及相关因素对生成液滴大小的影响,阐述了表面张力和黏性力对液滴生成和分裂过程中的影响,对实现液滴的精确控制及应用具有重要意义。首先,文章综述了液滴形成的研究现状,阐述了微通道两相流相关理论,分析了多相流中相关无量纲参数、壁面润湿特性及接触角对液滴形成的影响,指出了目前研究的存在的问题与发展趋势;其次,以COMSOL数值模拟软件为平台,采用Level set界面追踪方式建立尺寸为1 000?m?100?m?50?m l?)(h?w的T型通道,研究T型微通道内液滴的生成过程,同时改变连续相的流量和黏度观察其对液滴生成过程的影响,找出这些因素影响液滴生成的一般规律,将获得的结果与Graff等的实验进行对比,验证模拟过程的正确性;再次,建立十字交叉型微通道三维模型模拟液滴的生成,结合目前的研究成果,通过对无量纲准则数的计算找出影响液滴生成的主要因素,探究连续相流量和黏度对液滴生成的作用,对比与T型微通道液滴生成的区别。最后将接触角从135°变为30°,研究液滴生成机制的变化。最后,在已有的研究基础上,研究液滴在Y型分叉通道中的无间隙分裂过程,观察液滴分裂过程中相界面的变化情况,分析相界面变化过程中的受力情况,分析液滴分裂原因,同时研究了所生成的液滴满足无间隙分裂时Y型分叉角度对分裂过程的影响,通过模拟数据,分析分叉角度不同时分叉处的受力大小。
【关键词】：微流控 液滴成型 黏度 数值模拟
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-21
• 1.1 微流控系统的特点及应用8
• 1.2 微流控设备微液滴研究现状及意义8-11
• 1.2.1 微液滴的形成机制研究9-10
• 1.2.2 微液滴的制备方法及研究现状10-11
• 1.3 微通道内流体流动基本理论11-17
• 1.3.1 微流体流动的特点11-12
• 1.3.2 微流体流动的控制方程12
• 1.3.3 流体运动的描述方法12-14
• 1.3.4 微流控系统中两相流理论14-16
• 1.3.4.1 液滴动力学中的无量纲参数14-15
• 1.3.4.2 壁面润湿特性及接触角15-16
• 1.3.5 微通道内液液(气液)两相流型16-17
• 1.4 存在的问题与发展趋势17-18
• 1.5 数值模拟在微流体技术领域的应用及COMSOL Multiphysics软件介绍18-19
• 1.6 本论文的内容19-21
• 第二章 T型微通道内液滴生成的数值模拟21-32
• 2.1 概述21
• 2.2 T型微通道内液滴生成的数值计算方法21-24
• 2.2.1 模型建立21-22
• 2.2.2 求解参数控制22-24
• 2.3 模拟结果与分析24-30
• 2.3.1 液滴形成过程分析24-28
• 2.3.2 连续相流量对液滴生成的影响28-29
• 2.3.3 连续相黏度对液滴的影响29-30
• 2.4 实验结果验证30-31
• 2.5 本章结论31-32
• 第三章 十字型微通道内液滴生成的数值模拟32-46
• 3.1 十字型微通道内液滴生成的数值计算方法32-37
• 3.1.1 模型建立32-33
• 3.1.2 十字型微通道内单个液滴生成过程仿真结果分析33-37
• 3.2 十字型通道与T型通道液滴生成过程对比37-38
• 3.3 连续相流量对液滴生成的影响38-41
• 3.4 连续相黏度对液滴生成过程的影响41-43
• 3.5 壁面润湿性对液滴生成的影响43-44
• 3.6 结论44-46
• 第四章 Y型分叉微通道液滴分裂46-58
• 4.1 概述46
• 4.2 Y型分叉微通道液滴分裂的数值计算方法46-54
• 4.2.1 模型建立46-47
• 4.2.2 Y型分叉微通道内液滴无间隙破裂过程仿真47-54
• 4.3 Y型分叉角度对液滴分裂的影响54-57
• 4.4 结论57-58
• 第五章 结论与展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士期间研究成果64-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗国平,邹新杰;微通道冷却器的设计[J];兵工自动化;2004年03期

2 康春霞,黄新波;微通道的流动阻力分析[J];微纳电子技术;2004年07期

3 王浩;吴慧英;郑平;;芯片微通道沸腾相变过程中流动交变现象探析[J];工程热物理学报;2006年S2期

4 陈永平;肖春梅;施明恒;吴嘉峰;;微通道冷凝研究的进展与展望[J];化工学报;2007年09期

5 刘敏珊;王国营;董其伍;;微通道内液体流动和传热研究进展[J];热科学与技术;2007年04期

6 甘云华;杨泽亮;;轴向导热对微通道内传热特性的影响[J];化工学报;2008年10期

7 云和明;陈宝明;程林;;粗糙平板微通道流动和传热的数值模拟[J];工程热物理学报;2009年11期

8 金文;张鸿雁;何文博;;齿形微通道内流流场数值模拟及试验研究[J];排灌机械工程学报;2011年03期

9 苗辉;黄勇;陈海刚;;随机粗糙微通道中的流动和传热特性[J];北京航空航天大学学报;2011年06期

10 杨凯钧;左春柽;丁发喜;王克军;吕海武;曹倩倩;王吉顺;;微通道散热器长直微通道的新加工工艺研究[J];吉林化工学院学报;2011年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 史东山;李锦辉;刘赵淼;;关于微通道相关问题研究方法现状分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

2 逄燕;刘赵淼;;温黏关系对微通道内液体流动和传热性能的影响[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

3 范国军;逄燕;刘赵淼;;微通道中液体流动和传热特性的影响因素概述[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

4 刘丽昆;逄燕;刘赵淼;;几何参数对微通道液体流动和传热性能影响的研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

5 刘丽昆;刘赵淼;申峰;;几何参数对微通道黏性耗散影响的研究[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

6 肖鹏;申峰;刘赵淼;;微通道中矩形微凹槽内流场的数值模拟[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

7 肖鹏;申峰;刘赵淼;李易;;凹槽微通道流场的三维数值模拟[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

8 周继军;刘睿;张政;廖文裕;佘汉佃;;微通道传热中的两相间歇流[A];上海市制冷学会2011年学术年会论文集[C];2011年

9 夏国栋;柴磊;周明正;杨瑞波;;周期性变截面微通道内液体流动与传热的数值模拟研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

10 娄文忠;Herbert Reichel;;硅微通道致冷系统设计与仿真研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 本报记者 陈杰;空调将进入微通道时代[N];科技日报;2008年

2 张亮;美海军成功为未来武器研制微型散热器[N];科技日报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 任滔;微通道换热器传热和制冷剂分配特性的数值模拟和实验验证[D];上海交通大学;2014年

2 翟玉玲;复杂结构微通道热沉流动可视化及传热过程热力学分析[D];北京工业大学;2015年

3 杨珊珊;粗糙微通道流体流动特性的分形分析[D];华中科技大学;2015年

4 伍根生;基于纳米结构的气液相变传热强化研究[D];东南大学;2015年

5 卢玉涛;微通道内气—液两相分散与传质的研究[D];天津大学;2014年

6 逄燕;弹性壁面微通道内液滴/气泡的生成特性研究[D];北京工业大学;2016年

7 余锡孟;微通道反应器中若干有机物液相氧化反应研究及相关数据测定[D];浙江大学;2016年

8 徐博;微通道换热器在家用分体空调应用的关键问题研究[D];上海交通大学;2014年

9 赵亮;电动效应作用下微通道内液体流动特性[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 李志华;微通道流场混合与分离特性的研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 程天琦;新型分合式微通道混合性能的研究[D];西北大学;2015年

2 何颖;三角形截面微通道中流体的流动和换热特性的理论研究和结构优化[D];昆明理工大学;2015年

3 刘雅鹏;垂直磁场作用下平行板微通道内Maxwell流体的周期电渗流[D];内蒙古大学;2015年

4 吴媛媛;制冷压缩冷凝机组中微通道换热器的研究[D];南京理工大学;2015年

5 马晓雯;硅基底表面特性对微通道界面滑移的影响[D];大连海事大学;2015年

6 张志强;微通道蒸发器表面结露工况下性能研究[D];天津商业大学;2015年

7 毛航;二氧化碳微通道气冷器优化设计及分子动力学模拟[D];郑州大学;2015年

8 崔振东;微通道内空化流动传热的Lattice Boltzmann模拟[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

9 邱德来;疏水性对微通道流动与换热的影响[D];南京师范大学;2015年

10 张蒙蒙;二氧化碳微通道平行流气冷器流量分配特性研究[D];郑州大学;2015年

，

本文编号：791742