液滴已成為微流控技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容。為了精確調(diào)控液滴內(nèi)的微環(huán)境,利用微通道矩形長(zhǎng)凹槽生成并封裹液滴,并開展了液滴內(nèi)部流場(chǎng)特性的顯微粒子圖像測(cè)速(Micro-PIV)實(shí)驗(yàn),研究了雷諾數(shù)(Re)對(duì)液滴形貌、流場(chǎng)速度矢量場(chǎng)特性和剪應(yīng)力分布的影響。結(jié)果表明,當(dāng)Re=11.1時(shí),液滴內(nèi)部出現(xiàn)了一個(gè)渦胞結(jié)構(gòu);當(dāng)Re=33.3時(shí),液滴中心處的流速達(dá)到最大值,約為10μm/s。然而,當(dāng)Re=44.4時(shí),渦胞消失,平均流速降低。同時(shí),液滴尺寸隨Re增加而減小。此外,Re對(duì)液滴內(nèi)部剪應(yīng)力變化無明顯影響,剪應(yīng)力平均值極低(<1.5×10^-4Pa)。

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【部分圖文】：

圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

采用葵花油（密度ρ=0.918g/cm3，黏度μ=46mPa·s，表面張力γ=26.3mN/m）作為連續(xù)相，去離子水（密度ρ=0.998g/cm3，黏度μw=1mPa·s，表面張力γw=72.8mN/m）作為離散相。連續(xù)相和離散相在PDMS表面的接觸角分別為50.5°和98.7°....

圖2不同Re下長(zhǎng)凹槽內(nèi)液滴的形貌變化

推測(cè)上述現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于PDMS芯片的可變形性所導(dǎo)致的[19]。當(dāng)Re較大時(shí)，微通道內(nèi)部壓力升高，導(dǎo)致微凹槽在深度方向發(fā)生擴(kuò)張。從圖2中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著Re從11.1增大到33.3，液滴輪廓線形貌逐漸變寬，顏色變深，證明了液滴在深度z方向尺寸逐漸增加。此外，液滴下側(cè)界面形貌是由連....

圖3Micro-PIV測(cè)量的不同Re下液滴內(nèi)部流線圖及速度云圖

為得到液滴內(nèi)部流場(chǎng)在x和y方向的速度分布變化情況，提取了液滴內(nèi)部x和y方向的速度云圖，分別如圖4(a）和（b）所示。圖4(a）結(jié)果表明，除了液滴與連續(xù)相接觸界面位置附近，液滴內(nèi)部流場(chǎng)在x方向的速度分布與圖3中總速度分布趨勢(shì)大致相似，但x方向速度梯度比總速度梯度小，x方向速度相對(duì)更....

圖4Micro-PIV測(cè)量的不同Re下液滴內(nèi)部x和y方向的流場(chǎng)及速度云圖

圖3Micro-PIV測(cè)量的不同Re下液滴內(nèi)部流線圖及速度云圖提取了液滴內(nèi)部渦心豎線位置的速度值，如圖5所示。當(dāng)Re=16.7和22.2時(shí)，液滴內(nèi)部平均流速隨Re的增大而增大；Re=33.3時(shí)，液滴內(nèi)部平均流速達(dá)到最大值，約為10μm/s;Re=44.4和55.5時(shí)，液滴內(nèi)部平....

本文編號(hào)：3942607