论文摘要
随着微流控技术的发展,精确操控微液滴生成过程已成为液滴微流控研究的重点。本文建立流动聚焦微通道内油-水两相液滴生成模型,搭建实验台对流动聚焦微通道内液滴生成过程进行实验研究。主要研究内容如下:本文首先构建了油-水两相流动数值模型,采用Level Set方法追踪两相界面流动变化特性,模拟了不同微通道结构、孔颈宽度、流动参数下的液-液两相流的界面流动特性,分析其对液滴生成的影响。结果表明,液滴直径随连续相与离散相液体交汇处的孔颈尺寸的增大而变大,最大增幅为86.7%。分散相入口尺寸增大时,所生成液滴的直径也随之变大,直径最大可变为原来的两倍,且液滴发生断裂位置越靠近分散相入口。分散相与连续相流速比越小,液滴直径随之线性减小,液滴生成频率变大。其次,本文通过对微通道外部施加非接触电极,数值研究了电场作用下微液滴的生成过程。通过改变电场强度、频率以及波形变化等方式观测微通道内两相液体的流动状态以及液滴的生成、流型状态,由此研究微通道内两相流过程中的流电耦合作用下两相流的流动特性。数值结果显示直流电场可以有效控制液滴直径变小,液滴生成直径减幅可达54%。而在施加交流电场时,电场频率可以增大微通道内两相流中两相液体之间的挤压作用,从而使液滴生成直径变小,液滴生成直径减幅可达32.4%。此外,改变电极的接电状态,改变电场方向可能使得液滴无法正常生成,在外加电场过程中过高的电压和频率会产生液滴破碎、生成卫星液滴、偏离位置以及贴近壁面等问题。模拟数据与实验结果基本一致,直流电场作用平均误差为9.6%,交流电场作用平均误差为7.85%。最后,本文针对电场控制下微通道内液滴生成的不稳定性进行了观测分析,并将其划分了六种不稳定流动类型。产生不稳定流动的电场主要为交流电场场强和频率较高部分。在微通道实验中存在许多干扰因素,实验中发生不稳定流型所需要的电压和电场频率比模拟中所需的电场强度和频率总体偏大。本文的研究结果对于微流控技术的工程应用提供了一定的参考。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 刘思蔚
导师: 龚毅,王燕令
关键词: 液滴微流控,液液两相流,流动聚焦模型,流电耦合,液滴生成
来源: 郑州轻工业大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 力学
单位: 郑州轻工业大学
分类号: O359
总页数: 78
文件大小: 3520K
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