發(fā)布時(shí)間：2024-04-25 23:18

　　液滴微流控在化學(xué)反應(yīng)、生物芯片、材料制備和強(qiáng)化傳熱等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景,揭示其中液滴產(chǎn)生機(jī)理及流動(dòng)與傳熱特性具有重要工程意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。本文采用數(shù)值模擬方法研究了 T型微通道內(nèi)兩相流三維流動(dòng)特性、通道幾何結(jié)構(gòu)及壁面速度滑移條件對(duì)液滴產(chǎn)生的影響,還對(duì)液滴在微通道中的強(qiáng)化換熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本研究無疑有助于加深對(duì)液滴微流控中液滴產(chǎn)生和輸運(yùn)過程的理解,為該技術(shù)更好的應(yīng)用奠定良好的理論基礎(chǔ)。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)T型微通道產(chǎn)生液滴過程進(jìn)行二維和三維對(duì)比數(shù)值研究,揭示兩者結(jié)果差異是因?yàn)橐旱蚊撀溥^程可分為二維和三維斷裂兩個(gè)階段,且后者過程更快。二維模擬能近似再現(xiàn)二維斷裂但無法捕捉三維斷裂過程。三維模擬則能更好地吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過改變微通道幾何參數(shù)發(fā)現(xiàn),增加微通道深寬比會(huì)強(qiáng)化兩相流動(dòng)的三維特性,減弱壁面對(duì)液滴脫落的不利影響。此時(shí),分散相脫落段更早進(jìn)入三維斷裂階段,液滴產(chǎn)生加速。細(xì)致分析發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生液滴的臨界毛細(xì)數(shù)與深寬比呈指數(shù)關(guān)系,且隨之增大而減小,深寬比為1的前后關(guān)系式不同。本文提出的在T型交叉處增加矩形凸臺(tái)的改良T型微通道可顯著改善液滴產(chǎn)生性能,包括擴(kuò)大Dripping區(qū)、減小Jetting區(qū),進(jìn)而減小液滴...

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２三種典型液滴微流控結(jié)構(gòu)，上圖為示意圖［２３］，下圖為實(shí)驗(yàn)圖［２７］，?（ａ）同軸流：??（ｂ）?Ｔ型剪切流；（ｃ）聚焦流??

解其內(nèi)部液??滴的產(chǎn)生機(jī)理。??Ｃｏｆｌｏｗ?ＣｆＯＳＳ＊ｆｌ〇Ｗ?Ｆｌｏｗ?ｆｏｃｕｓｉｎｇ??｜＾ｏ?Ａ?＼％??．．．．．Ｕ??Ｌｐｃｆ＾ｅｄｐｈ＾?？?—上．二二－??ｓｓ，?－?ＩＩ?ｉ?＊???＿〇？?Ｋ?〇〇????一人?ｌ?＾?＾?＾?＜ｔ？ｐｍｅｄ??＂……＿＿....

圖１．３扁平微通道中液滴兩相流的二維與三維特性，（ａ）軟光刻制作的微通道掃描電鏡圖??［４１］；?（ｂ）受擠壓狀態(tài)下的液滴準(zhǔn)二維流動(dòng)［４０］；?（ｃ）和（ｄ）分別為Ｔ型微通道中分散相??脫落段的主視圖和左視圖丨４２］??

?第１章緒論???ｃ?內(nèi)?Ａ?Ｊ??Ｔｏｐ?Ａ?Ｌ．—丨＼?／?｛??Ｗａｌｌ?ｃｏｎ，ａｃ，?［?＾?１?Ｖ：?＾?２?＇?＞＜７］?（Ｖ?２??＾?ｐ＇／ｙ＾｝ｒ－ｐ＇?ｖ?ｙ?３ｘＶ／ｘ４??—ｉ?■…■■－－－－？Ｓ＝ｇｇ＾Ｕ－－－－?３｜２ＬｊＬ２＾１ｌＩ４?ｋ?ｘ５?....

圖１．５?（ａ）分散相流道插入毛細(xì)管的Ｔ型微通道及（ｂ）氣泡尺寸與毛細(xì)管和主流道壁面??間距的關(guān)系［５５］；?（ｃ）分散相流道插入毛細(xì)管的直通道和階梯型Ｔ型微通道液滴產(chǎn)生頻率??變化及（ｄ）?Ｈ－ＰＴＶ實(shí)驗(yàn)得到的局部速度云圖［５６］??

２?＝?０．９９８８????ｉ?ｗ?＾??３０００????：?，???，?１?１Ｕ?＇??ＱｄｓＳＭＵｍｉｎ．?Ｓｔｒａｉｇｈｔ?Ｃｈａｎｎｅｌ?？產(chǎn)??２５００?Ｑｔｆｓ６ＭＬ／ｍｉｎ，?Ｓｔｅｐ?Ｃｈａｎｎｅｌ?／?Ｑ??????ｉ?．???２〇〇〇?／?，?０?２０?４０?....

圖１．６?Ｔ型微通道局部結(jié)構(gòu)變化帶來的影響，（ａ）改變下游主流道寬度［５９］；?（ｂ）?Ｔ型交口??附近增加梯形凸臺(tái)［４４］；?（ｃ）分散相出口的收口設(shè)計(jì)丨６０］??綜上所述，傳統(tǒng)Ｔ型微通道的局部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠顯著改善液滴的產(chǎn)生性??

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本文編號(hào)：3964376