对影响复乳液流变行为的内部流场的研究

发布时间：2020-10-10 08:48

　　 基于液滴的微流体技术在制备多功能复乳液,实现微芯片实验室功能等方面有着独特的优势和广泛的应用。在微流体设备中(一般是微通道)制备、输送以及释放复乳液液滴时,处在外界连续相中的液滴往往会受到流场作用和通道的几何约束,会出现各类动态特性,其流变行为包括偏移、变形、破裂以及聚合。通过对微通道内液滴流变行为的分析能够有效地认识到如何在实验过程对液滴的定向控制。本文利用模拟数值方法分别研究了十字形微通道中非对称复乳液液滴在稳定延展流作用下的流变行为以及内部流场的变化;无限域以及微通道中复乳液液滴在内部匀速自旋剪切流场下的流变行为。该数值模拟方法是基于二维波谱边界积分算法。数值公式都被编译成了CVF语言。外部流场对复乳液流变行为的影响主要聚焦于偏心复乳液在二维稳定延展流下偏移方向的反转。同时探究不同毛细管数以及非对称系数对其偏移方向的影响,这两个参数的变化会导致复乳液边界两端的压力差以及延展流对液滴边界作用力的不同。在两端压力差和外部作用力的综合作用下,复乳液内部产生定向环流流场,并带动偏心复乳液偏移出停滞点。之前的大部分研究中主要是外部流场对液滴形变和偏移的影响或者是利用电场驱动流对液滴流变的影响。本文对比了在无限域和微通道情况下,复乳液液滴在内部自旋剪切流场下流变行为的差异,发现了液滴两种不同的破裂方式,探究了黏度比、毛细管数以及微通道两侧壁面对复乳液形变的影响。同时探究了内部子液滴在流场影响下与外部边界融合或是拉伸变形两种情况;基于Fluent软件采用动网格方法对固体颗粒进行描述,观察其在液滴内部作直线剪切运动所形成的内部流场对液滴流变行为的影响。发现液滴后端边界在黏性力的作用下会凹陷下去,而且黏度比越大,所受的黏性力也就越大。液滴的形变除了内部流场对其有拉伸作用之外,黏性力对其也有极大的影响。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O648.23
【部分图文】：

1-1 主动式与被动式生成液滴的微流体设备：(a) 主动式在微通道壁面铺加电极被动式 T 型通道微流体设备示意图ig1-1Active and passive microfluidic device to generate droplet; (a) Schematicsactive microfluidic devices; (b)Passive T-junction microfluidic device.

图 1-2 流体聚焦微流体设备制备简单乳液Fig1-2 Schematics of diverse flow-focusing microfluidic devices

图 1-3 共轭流毛细管微流体设备制备简单液滴Fig1-3 Schematics of co-flow capillary device聚焦装置和共轭毛细管装置大部分使用的都是玻璃毛细管。我们所液的微通道材质一般有两种，一种是上述的玻璃毛细管，还有一种

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本文编号：2834997