微流控液滴由于具有比表面積大、尺寸均勻和穩(wěn)定易控等的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、能源利用和化學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴尺寸和生成頻率等重要參數(shù)的精準(zhǔn)控制對(duì)于各種工程應(yīng)用都具有十分重要的意義。限制在微米尺度下的兩相流動(dòng)呈現(xiàn)出很多與宏觀尺度下不一樣的性質(zhì),如表面/界面張力和粘性剪切力等占主導(dǎo)地位。此外,工業(yè)和自然界中的眾多流體如血液、蛋白質(zhì)溶液和聚合物溶液等都呈現(xiàn)出復(fù)雜的非牛頓特性,且在微尺度下會(huì)更加顯著。因此研究液滴在非牛頓流體中的生成機(jī)理是十分必要的,而當(dāng)前相關(guān)研究尚不完善。為了研究液滴在非牛頓流體中的生成狀況,本研究搭建了一套基于顯微成像技術(shù)的微流控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),觀測(cè)了流動(dòng)聚焦微通道內(nèi)正癸烷微液滴在牛頓和非牛頓連續(xù)相中的生成現(xiàn)象。為了研究通道結(jié)構(gòu)的影響,制作了 I型和II型兩種不同結(jié)構(gòu)的流動(dòng)聚焦液滴生成裝置。此外,本研究還采用開源CFD計(jì)算平臺(tái)OpenFOAM中的interFoam求解器模擬了連續(xù)相流變參數(shù)對(duì)液滴生成的影響。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)表明,整個(gè)液滴生成過程可分為三個(gè)階段,但是每個(gè)階段內(nèi)的形態(tài)變化會(huì)由于通道結(jié)構(gòu)和連續(xù)相非牛頓特性的不同而有所區(qū)別。當(dāng)連續(xù)相為牛頓流體時(shí),液滴的尺...

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 前言
    1.2 微流控液滴生成方式
        1.2.1 被動(dòng)法液滴生成方式
        1.2.2 主動(dòng)法液滴生成方式
    1.3 微通道內(nèi)兩相流動(dòng)的相關(guān)無量綱參數(shù)
    1.4 液滴生成流型
    1.5 液滴生成影響因素
        1.5.1 兩相流率
        1.5.2 流體屬性
        1.5.3 壁面潤(rùn)濕特性
        1.5.4 通道結(jié)構(gòu)
    1.6 非牛頓流體
    1.7 本研究的主要內(nèi)容
        1.7.1 已有研究不足
        1.7.2 本文研究?jī)?nèi)容
第2章 微流控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及搭建
    2.1 濕法刻蝕玻璃微芯片制作
        2.1.1 掩膜加工
        2.1.2 光刻
        2.1.3 鍵合
    2.2 可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及操作流程
        2.2.1 流動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
        2.2.2 顯微成像系統(tǒng)
        2.2.3 實(shí)驗(yàn)操作流程
    2.3 本章小結(jié)
第3章 OpenFOAM仿真平臺(tái)
    3.1 OpenFOAM簡(jiǎn)介
        3.1.1 OpenFOAM算例基本文件格式
        3.1.2 計(jì)算域離散化
        3.1.3 數(shù)值求解及后處理
    3.2 InterFoam solver解析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 液滴生成實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 牛頓流體中微液滴生成
        4.1.1 液滴生成過程
        4.1.2 兩相流率對(duì)液滴生成的影響
        4.1.3 液滴生成過程中參數(shù)關(guān)聯(lián)
    4.2 非牛頓流體中液滴生成
        4.2.1 Ⅰ型結(jié)構(gòu)內(nèi)液滴生成
        4.2.2 Ⅱ型結(jié)構(gòu)內(nèi)液滴生成
    4.3 本章小結(jié)
第5章 冪律流體中液滴生成數(shù)值模擬研究
    5.1 模型構(gòu)建
    5.2 模型驗(yàn)證
        5.2.1 VOF模型驗(yàn)證
        5.2.2 冪律流體模型驗(yàn)證
    5.3 冪律連續(xù)相中牛頓液滴生成
        5.3.1 冪律指數(shù)的影響
        5.3.2 稠度系數(shù)的影響
    5.4 冪律流體中液滴生成預(yù)測(cè)模型
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的論文、參與的科研項(xiàng)目和獲得的獎(jiǎng)勵(lì)
學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表



本文編號(hào)：3820820