本文選題：復合流動聚焦 + 帶電射流�。� 參考：《中國科學技術大學》2016年博士論文

【摘要】：復合流動聚焦(compound flow focusing)是一種毛細流動現象。它通過物理剪切將毫米尺度的液體界面平穩(wěn)地拉伸為微米尺度的射流,射流則因擾動的增長而失穩(wěn)破碎為單分散性的液滴。該技術穩(wěn)定性好、操作簡單、可控性強、實驗條件寬松,非常適用于制備微米／亞微米尺度的液滴或顆粒,在科學研究和生產應用方面都有著重要價值。本文重點研究了復合流動聚焦中的電流動聚焦(electro-flow focusing,EFF)和同軸流動聚焦(co-flow focusing, CFF),主要內容描述如下：1.采用焊點法制作了便于調節(jié)和清洗的同軸針頭,使用有機玻璃板加工出便于實驗觀察的氣腔。在搭建的實驗系統(tǒng)上研究了結構參數和控制參數對同軸錐形的影響,測量了聚焦小孔出口處射流的直徑d和界面擾動波的波長λ隨氣壓差△Pg和流量Q的變化規(guī)律,并初步研究了內外層液滴的包裹模式。2.基于EFF實驗建立了用于帶電“液-氣”復合射流穩(wěn)定性分析的理論模型,開展了無粘和粘性時間不穩(wěn)定性分析。模型中“液-氣”射流由半徑為R的圓柱液體射流和無限大的環(huán)形氣體區(qū)域構成。在無粘模型中采用均勻速度剖面并只考慮軸向電場的影響;有粘模型中則同時考慮了軸向電場和徑向電場,并基于管流和誤差函數構造了液體射流和驅動氣體的速度剖面。時間穩(wěn)定性分析發(fā)現軸對稱(n=O)擾動和第一類非軸對稱(n=1)擾動對射流的失穩(wěn)起主導作用。在分析了表面張力、粘性、速度以及密度對射流穩(wěn)定性的影響后,本文重點分析了軸向電場和界面上的初始自由電荷的影響,發(fā)現自由電荷密度Q0能極大的促進軸對稱和第一類非軸對稱擾動的增長,且當Q0足夠大時,隨著軸向電場強度的增加,射流將從軸對稱破碎模式過渡到非軸對稱破碎模式。最后,在實驗參數下計算了n=0時射流的最不穩(wěn)定擾動的波長,并與實驗結果進行比較,發(fā)現兩者吻合較好。3.基于CFF實驗建立了用于三相復合射流穩(wěn)定性分析的理論模型。該模型中同軸射流由半徑為R1的圓柱射流和外徑為R2(R2R1)的環(huán)形射流組成,射流周圍是與射流同向流動的驅動流體。三相流體均為粘性流體,同時基于管流和誤差函數建立了射流和驅動流體的基本速度型。通過時間不穩(wěn)定性分析發(fā)現了四種不穩(wěn)定模,并研究了重要無量綱參數對射流穩(wěn)定性的影響規(guī)律,分析了射流內外界面間的耦合關系。結果表明：一般情況下,stretching模是最不穩(wěn)定的;增加內外層界面的界面張力以及減小流體的粘性均有利于同軸射流的破碎;基本速度型對同軸射流時間穩(wěn)定性的影響呈對稱性;驅動流體粘性越低,速度越高,射流越容易從軸對稱破碎模式轉換為非軸對稱破碎模式;外層界面會促進內層界面擾動的發(fā)展并對內層界面有軸向拉伸作用。4.采用同軸流動聚焦技術制備了以磷脂分子為外殼,溶有納米銀顆粒的十氟戊烷為核的可激發(fā)微泡(stimuli-responsive microbubbles,SRMs),并推導出SRMs粒徑分布的尺度律。然后在自行搭建的實驗平臺上進行了SRMs的激光激發(fā)(optical droplet vaporization, ODV)實驗,發(fā)現SRMs具有良好的定點、可控激發(fā)潛力。最后基于ODV的實驗建立了激光激發(fā)SRM的理論模型,分析了重要參數對微泡激發(fā)的影響,一定條件下理論預測和實驗結果吻合很好。
[Abstract]:In this paper , the influence of axial electric field and radial electric field on the stability of the jet is studied by means of physical shearing . The influence of axial electric field and radial electric field on the stability of jet is studied by using the method of welding spot . Based on the ODV experiment , the theoretical model of SRMs has been established and the influence of important parameters on the micro - bubble excitation is analyzed . The theoretical prediction and experimental results agree well under certain conditions .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O363.2

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本文編號：1772475