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

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【部分圖文】：

圖1實驗系統(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下長凹槽內(nèi)液滴的形貌變化

推測上述現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于PDMS芯片的可變形性所導致的[19]。當Re較大時，微通道內(nèi)部壓力升高，導致微凹槽在深度方向發(fā)生擴張。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)部流場在x方向的速度分布與圖3中總速度分布趨勢大致相似，但x方向速度梯度比總速度梯度小，x方向速度相對更....

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

圖3Micro-PIV測量的不同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Re=16.7和22.2時，液滴內(nèi)部平均流速隨Re的增大而增大；Re=33.3時，液滴內(nèi)部平均流速達到最大值，約為10μm/s;Re=44.4和55.5時，液滴內(nèi)部平....

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