發(fā)布時間：2018-06-17 22:22

  本文選題：微流體 + 氣泡��； 參考：《天津大學》2015年博士論文

【摘要】：近二十年來,新興的微化工技術得到了迅猛發(fā)展。微通道內的氣泡行為及動力學是其重要的研究內容之一。本文利用高速攝像儀和高分辨率顯微鏡實驗研究了微通道內氣泡的破裂過程。主要內容如下:研究了不對稱T型分岔口處的四種不同流型:包括完全阻塞破裂(B1)、部分阻塞破裂(B2)、無阻塞破裂(B3)和不破裂(NB),及其轉變機制。完全阻塞破裂與部分阻塞破裂以及部分阻塞破裂與無阻塞破裂之間的轉變均可由臨界無因次氣泡長度描述。與對稱T型分岔口相比,本文所采用的不對稱結構更易于氣泡破裂。研究了不對稱T型分岔口處完全受阻塞破裂區(qū)域內氣泡的破裂過程。實驗于寬度為400μm的正方型微通道內進行。氣泡在不對稱T型分岔口處的破裂過程可分為三個階段:擠壓階段、過渡階段和快速夾斷階段。擠壓階段主要受來流速度驅動,連續(xù)相粘度的增大可加速頸部變細。在過渡階段,頸部最小寬度是一個線性變細的過程。在快速夾斷階段,來流速度的作用明顯變弱,但其影響仍不可忽略。粘度的增大可減慢該階段頸部的變細速度。在整個破裂過程中,氣泡長度的影響幾乎可以忽略。提出了一個可用于預測破裂時間的冪律關聯(lián)式:0.93/2(/)c c cT T uT w??。研究了對稱T型分岔口處氣泡的部分阻塞破裂過程。在破裂過程的擠壓階段,在氣泡頭部和通道壁面之間會有一條表征部分阻塞破裂特點的縫隙出現(xiàn)。氣泡和通道壁面之間縫隙的出現(xiàn)對氣泡頸部動力學并無明顯影響,但是氣泡頭部的演化過程在縫隙出現(xiàn)前后具有明顯差異。通過對頭部動力學的分析,探討了一些對于T型分岔口設計非常重要的參數(shù),例如最終破裂長度和漏液量。研究了十字型分岔口氣泡破裂的臨界條件。實驗結果表明,氣泡的臨界破裂條件與氣泡在十字型分岔口的兩個時間尺度——破裂時間和形變時間有關。通過分析氣泡通過十字型分岔口時的界面動態(tài)演化過程,確定了破裂和形變過程的起始時刻和終了時刻。通過分析各因素對破裂和形變過程的影響,構建了破裂時間和形變時間的數(shù)學模型,并得到了氣泡破裂的臨界條件。
[Abstract]:In the past twenty years, the new micro chemical technology has developed rapidly. The behavior and dynamics of bubbles in the microchannel are one of the important research contents. In this paper, the cracking process of bubbles in microchannels is studied by high speed camera and high resolution microscope. The main contents are as follows: four kinds of asymmetrical T branch branches are studied. Different flow patterns include complete blocking rupture (B1), partial blocking rupture (B2), non blocking rupture (B3) and unruptured (NB), and its transition mechanism. The transition between complete block and partial block rupture and partial block rupture and non blocking rupture can be described by critical dimensionless bubble length. Compared with symmetric T branch, this paper The asymmetric structure is more prone to bubble rupture. The fracture process of the bubbles in the area of the asymmetrical T junction completely blocked and broken is studied. The experiment is carried out in a square microchannel with a width of 400 mu m. The fracture process of the bubbles at the asymmetrical T junction can be divided into three stages: extrusion, transition and rapid clamping. During the transition stage, the minimum neck width is a linear thinning process. In the rapid clamping stage, the effect of the flow velocity is obviously weaker, but its effect can not be ignored. The increase of the viscosity can slow down the thinning speed of the neck at this stage. The effect of the bubble length is almost negligible during the entire fracture process. A power law association can be used to predict the rupture time: 0.93/2 (/) C C cT T uT w?? the partial blocking and breaking process of the bubbles at the symmetric T type fork is studied. In the extrusion stage of the fracture process, there will be a table between the bubble head and the channel wall. There is no obvious effect on the dynamics of the bubble neck dynamics, but the evolution process of the bubble head is obviously different before and after the appearance of the gap. By analyzing the dynamics of the head, some important parameters for the design of the T type fork fork are discussed. For example, the ultimate fracture length and the leakage amount. The critical condition of the fracture of the cross split fork is studied. The experimental results show that the critical fracture condition of the bubble is related to the two time scales of the air bubble in the fork of the fork -- the breaking time and the deformation time. By analyzing the influence of various factors on the rupture and deformation process, a mathematical model of the rupture time and deformation time is constructed, and the critical conditions for the fracture of the bubble are obtained.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021.1

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本文編號：2032667