台阶式并行微通道内气泡群自组装行为及其对气泡生成的反馈效应

发布时间：2021-08-26 18:58

　　台阶式微通道乳化装置因易于高通量生产均一性的气泡及液滴而受到关注.本文利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道装置空腔内的气泡群复杂行为及其对气泡生成的反馈效应.实验设计的操作变量为气液相进出口位置、气相流速和液相流速.在实验操作范围内,共发现了气泡的单管生成模式和多管生成模式.研究了空腔内气泡群复杂行为随操作条件的变化趋势.发现在受限空间内,气泡在水平面内发生挤压堵塞能够自组装成具有特定几何特点的二维晶格,分别为有序的行三角晶格、有序的竖三角晶格和无序的三角晶格.晶格结构与气相压力密切相关;同时,气泡界面能量随着气相压力的增大而增大.运用介尺度、能量和活化等概念分析了气泡群复杂行为对气泡生成方式的影响,充分阐释了受限空间内气泡群的介尺度效应.以变异系数CV来表示气泡的均匀性特征,考察了气泡晶格自组装行为的控制因素.结果表明:气泡的自组装路径由气泡尺寸及其分布决定,有序的三角晶格变异系数小于5%,无序的三角晶格变异系数大于5%. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

实验流程图

本实验采用的微通道由两块大小相同的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板组成,其中下板使用精密铣床加工出通道及台阶结构,上下板使用螺钉进行固定.图2为装置结构示意图,分为气相缓冲腔、微通道、台阶结构、气泡收集腔、气液进出口共5个部分.气相缓冲区设置斜边的目的是优化气相分配,当气相入口为尖端口时,可以有效防止气相缓冲区内出现死区.其中微通道宽0.6 mm,深0.4 mm,间隔3.0 mm,共10条通道;台阶宽1.2 mm,深2.0 mm;气体缓冲区深度为1 mm;气泡收集区深度为2 mm;气液进口均为1.2 mm.微通道装置组装完成后的实物为图2(d).根据气相进样位置以及气液相相对方向,本装置共有4种进样方式,如图3所示.对于每种进样方式,需要保留一个气相入口并使用止水夹夹住另一个气相入口,以防漏气.实验过程中未出现漏液等现象.本文对4种进样方式分别进行实验采集数据,通过比较进行分析.

根据气相进样位置以及气液相相对方向,本装置共有4种进样方式,如图3所示.对于每种进样方式,需要保留一个气相入口并使用止水夹夹住另一个气相入口,以防漏气.实验过程中未出现漏液等现象.本文对4种进样方式分别进行实验采集数据,通过比较进行分析.2 实验结果与讨论

【参考文献】：
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本文编号：3364790