臺階式微通道乳化裝置因易于高通量生產(chǎn)均一性的氣泡及液滴而受到關(guān)注.本文利用高速攝像儀研究了臺階式并行微通道裝置空腔內(nèi)的氣泡群復(fù)雜行為及其對氣泡生成的反饋效應(yīng).實驗設(shè)計的操作變量為氣液相進出口位置、氣相流速和液相流速.在實驗操作范圍內(nèi),共發(fā)現(xiàn)了氣泡的單管生成模式和多管生成模式.研究了空腔內(nèi)氣泡群復(fù)雜行為隨操作條件的變化趨勢.發(fā)現(xiàn)在受限空間內(nèi),氣泡在水平面內(nèi)發(fā)生擠壓堵塞能夠自組裝成具有特定幾何特點的二維晶格,分別為有序的行三角晶格、有序的豎三角晶格和無序的三角晶格.晶格結(jié)構(gòu)與氣相壓力密切相關(guān);同時,氣泡界面能量隨著氣相壓力的增大而增大.運用介尺度、能量和活化等概念分析了氣泡群復(fù)雜行為對氣泡生成方式的影響,充分闡釋了受限空間內(nèi)氣泡群的介尺度效應(yīng).以變異系數(shù)CV來表示氣泡的均勻性特征,考察了氣泡晶格自組裝行為的控制因素.結(jié)果表明:氣泡的自組裝路徑由氣泡尺寸及其分布決定,有序的三角晶格變異系數(shù)小于5%,無序的三角晶格變異系數(shù)大于5%. 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報. 2020,52(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

實驗流程圖

本實驗采用的微通道由兩塊大小相同的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板組成,其中下板使用精密銑床加工出通道及臺階結(jié)構(gòu),上下板使用螺釘進行固定.圖2為裝置結(jié)構(gòu)示意圖,分為氣相緩沖腔、微通道、臺階結(jié)構(gòu)、氣泡收集腔、氣液進出口共5個部分.氣相緩沖區(qū)設(shè)置斜邊的目的是優(yōu)化氣相分配,當氣相入口為尖端口時,可以有效防止氣相緩沖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)死區(qū).其中微通道寬0.6 mm,深0.4 mm,間隔3.0 mm,共10條通道;臺階寬1.2 mm,深2.0 mm;氣體緩沖區(qū)深度為1 mm;氣泡收集區(qū)深度為2 mm;氣液進口均為1.2 mm.微通道裝置組裝完成后的實物為圖2(d).根據(jù)氣相進樣位置以及氣液相相對方向,本裝置共有4種進樣方式,如圖3所示.對于每種進樣方式,需要保留一個氣相入口并使用止水夾夾住另一個氣相入口,以防漏氣.實驗過程中未出現(xiàn)漏液等現(xiàn)象.本文對4種進樣方式分別進行實驗采集數(shù)據(jù),通過比較進行分析.

根據(jù)氣相進樣位置以及氣液相相對方向,本裝置共有4種進樣方式,如圖3所示.對于每種進樣方式,需要保留一個氣相入口并使用止水夾夾住另一個氣相入口,以防漏氣.實驗過程中未出現(xiàn)漏液等現(xiàn)象.本文對4種進樣方式分別進行實驗采集數(shù)據(jù),通過比較進行分析.2 實驗結(jié)果與討論

【參考文獻】：
期刊論文
[1]膠體晶體自組裝常用方法的研究進展[J]. 蘇揚,余曉暢,孫梓翔,謝洪洋,高麒淦,虞益挺.  人工晶體學(xué)報. 2019(09)
[2]基于PIV技術(shù)分析顆粒在湍流邊界層中的行為[J]. 高天達,孫姣,范贏,陳文義,軒瑞祥.  力學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[3]滴狀模式下液橋形成及斷裂的電流體動力學(xué)特性研究[J]. 霍元平,王軍鋒,左子文,劉海龍.  力學(xué)學(xué)報. 2019(02)
[4]T型微通道反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相流動機制及影響因素[J]. 韓宇,劉志軍,王云峰,羅堯,劉鳳霞,王曉娟,魏煒,許曉飛.  力學(xué)學(xué)報. 2019(02)
[5]藥物多晶型的研究進展[J]. 趙紹磊,王靈宇,吳送姑.  化學(xué)工業(yè)與工程. 2018(03)
[6]微流控技術(shù)制備聚酰胺微膠囊的工藝研究[J]. 王彥,王靖濤.  化學(xué)工業(yè)與工程. 2018(06)
[7]一種力–電協(xié)同驅(qū)動的細胞微流控培養(yǎng)腔理論模型[J]. 王兆偉,武曉剛,陳魁俊,薛雅楠,王寧寧,趙騰,于緯倫,王艷芹,陳維毅.  力學(xué)學(xué)報. 2018(01)
[8]捕捉微通道內(nèi)Taylor流特性的一種漸變網(wǎng)格劃分方法（英文）[J]. 李根浩,袁希鋼,宋文琦.  化學(xué)工業(yè)與工程. 2016(05)
[9]微通道中液-液萃取傳質(zhì)特性的研究[J]. 李韡,張昱,孟昊,馮子洋,張金利.  化學(xué)工業(yè)與工程. 2013(04)
[10]氣-液微反應(yīng)技術(shù):研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)（英文）[J]. 陳光文,樂軍,袁權(quán).  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2008(05)



本文編號：3364790