微流控液滴由于具有比表面積大、尺寸均勻和穩(wěn)定易控等的優(yōu)勢,已經被廣泛應用于生物醫(yī)學、航空航天、能源利用和化學工程等各個領域。實現對液滴尺寸和生成頻率等重要參數的精準控制對于各種工程應用都具有十分重要的意義。限制在微米尺度下的兩相流動呈現出很多與宏觀尺度下不一樣的性質,如表面/界面張力和粘性剪切力等占主導地位。此外,工業(yè)和自然界中的眾多流體如血液、蛋白質溶液和聚合物溶液等都呈現出復雜的非牛頓特性,且在微尺度下會更加顯著。因此研究液滴在非牛頓流體中的生成機理是十分必要的,而當前相關研究尚不完善。為了研究液滴在非牛頓流體中的生成狀況,本研究搭建了一套基于顯微成像技術的微流控實驗系統(tǒng),觀測了流動聚焦微通道內正癸烷微液滴在牛頓和非牛頓連續(xù)相中的生成現象。為了研究通道結構的影響,制作了 I型和II型兩種不同結構的流動聚焦液滴生成裝置。此外,本研究還采用開源CFD計算平臺OpenFOAM中的interFoam求解器模擬了連續(xù)相流變參數對液滴生成的影響。實驗觀測表明,整個液滴生成過程可分為三個階段,但是每個階段內的形態(tài)變化會由于通道結構和連續(xù)相非牛頓特性的不同而有所區(qū)別。當連續(xù)相為牛頓流體時,液滴的尺...

【文章頁數】：93 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 前言
    1.2 微流控液滴生成方式
        1.2.1 被動法液滴生成方式
        1.2.2 主動法液滴生成方式
    1.3 微通道內兩相流動的相關無量綱參數
    1.4 液滴生成流型
    1.5 液滴生成影響因素
        1.5.1 兩相流率
        1.5.2 流體屬性
        1.5.3 壁面潤濕特性
        1.5.4 通道結構
    1.6 非牛頓流體
    1.7 本研究的主要內容
        1.7.1 已有研究不足
        1.7.2 本文研究內容
第2章 微流控實驗平臺設計及搭建
    2.1 濕法刻蝕玻璃微芯片制作
        2.1.1 掩膜加工
        2.1.2 光刻
        2.1.3 鍵合
    2.2 可視化實驗系統(tǒng)及操作流程
        2.2.1 流動驅動系統(tǒng)
        2.2.2 顯微成像系統(tǒng)
        2.2.3 實驗操作流程
    2.3 本章小結
第3章 OpenFOAM仿真平臺
    3.1 OpenFOAM簡介
        3.1.1 OpenFOAM算例基本文件格式
        3.1.2 計算域離散化
        3.1.3 數值求解及后處理
    3.2 InterFoam solver解析
    3.3 本章小結
第4章 液滴生成實驗研究
    4.1 牛頓流體中微液滴生成
        4.1.1 液滴生成過程
        4.1.2 兩相流率對液滴生成的影響
        4.1.3 液滴生成過程中參數關聯
    4.2 非牛頓流體中液滴生成
        4.2.1 Ⅰ型結構內液滴生成
        4.2.2 Ⅱ型結構內液滴生成
    4.3 本章小結
第5章 冪律流體中液滴生成數值模擬研究
    5.1 模型構建
    5.2 模型驗證
        5.2.1 VOF模型驗證
        5.2.2 冪律流體模型驗證
    5.3 冪律連續(xù)相中牛頓液滴生成
        5.3.1 冪律指數的影響
        5.3.2 稠度系數的影響
    5.4 冪律流體中液滴生成預測模型
    5.5 本章小結
第6章 結論及展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的論文、參與的科研項目和獲得的獎勵
學位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3820820