毫米量级PDVB空心球微流控法成型与控制研究

发布时间：2021-09-28 06:57

　　毫米量级聚二乙烯基苯（poly（divinyl benzene）,PDVB）泡沫空心球被惯性聚变能（Inertial Fusion Energy,IFE）实验作为理想的冷冻靶燃料容器。然而,与微米级相比,其更大特征尺寸加剧了其成型过程中微流控（microfluidic）乳化和原位固化环节的流体力学和热力学不稳定性问题。长期以来,尺寸单分散性、球形度和同心度良好的毫米量级低密度PDVB泡沫空心球成型成为制靶技术难点。因此,本文通过实验和计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）模拟,系统研究了其微流控法成型与控制的方法、原理和技术参数。主要内容与结论如下:第一,利用变换通道几何结构,发展了新型同轴双Y型聚焦（flow-focusing）-协流（co-flowing）复合微流控芯片技术。CFD模拟与实验相结合研究了毫米量级双重乳液成型行为及其流场特性。随着毛细数（Ca）降低,其成型模式由喷射（jetting）转变为滴注（dripping）再到挤压（squeezing）模式。其中,Ca为0.018～0.09之间时,呈更加规范可控的滴注模式。各相间对称非... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１惯性约束聚变中心点火过程示意图１２９１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｅｎｔｒａｌ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ??

?点火?燃烧??图１．１惯性约束聚变中心点火过程示意图１２９１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｅｎｔｒａｌ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ??年，依据激光核聚变原理制造的、被称为“人造太阳”的美国国家点火装置（Ｎａｔｉｏｎａｌ??ｉｇｎｉｔｉｏｎ?Ｆａｃｉｌｉｔｙ，?ＮＩＦ）才终于让科学家们看到了希望，聚变反应释放出的能量首次超过??了氢燃料球丸吸收的能量［３１］。??－１－??

有利于实现能量增益ＩＦＥ实验将数毫米粒径且尺寸单分散的ＰＤＶＢ?（ｐｏｌｙ??（ｄｉｖｉｎｙｌ?ｂｅｎｚｅｎｅ），ＰＤＶＢ）空心球（壁厚５０？３００?（Ｊｍ）作为理想的冷冻靶燃料容器（如??图１．２）。靶丸研究人员认为，低密度（低于１００?ｍｇ／ｃｎｒ１）、高球形度０９９％）和高同??心度（＞９５％）的ＰＤＶＢ泡沫球壳（孔径１？４?ｐｉｎ，孔隙率高于９０％）可吸附（对液体ＤＴ??有良好的浸润性能）并促进液体ＤＴ燃料均匀分布，利于冷冻燃料层形成较细的晶粒，??有利于提高聚变产率和能量增益效率［ｌ２３ｌ，３５’４Ｍ７ｊ。??１．１．３大直径靶球成型技术??随着驱动器输出能量的增大，对泡沫球壳尺寸的要求也不断提高。一般地，将直径??毫米及以上量级称为“大直径”［３Ｗ４］，主要是相对于小于毫米量级（ｍｉｌｌｉ－ｓｃａｌｅ）的微／纳??米（ｍｉｃｒｏ／ｍｍｏ－ｓｃａｌｅ）直径微球而言。目前，毫米量级至厘米量级“大直径”靶用聚合物??空心球常用同心（居中）双重乳液（ｄｏｕｂｌｅ?ｅｍｕｌｓｉｏｎ）?（Ｗ１／０／Ｗ２）微封装１４８＿４９１原位固??化技术来制备｜４（）夂５（＾?（如图１．３）。??：｜传统乳液法Ｊ?ｔｏｐ－ｄｏｗｎ??Ｓｆｅ）各馨?ｉｉｆ?？??Ｉ微流控芯片Ｉ?？１??＾?＂ＩＩ??◎二◎令（§）＆（§）??ｉ????—????????Ｉ??图１．３乳液法制备大直径聚合物泡沫空心球一般流程??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ?ｆｏａｍ?ｓｈｅｌｌ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ＶＶ１／０／Ｗ２?ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ??传统乳液微封装法（ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3411446