协流式微通道内乳化过程的流变行为特性研究

摘要

单分散的高品质乳液在医药、食品等行业中有着广泛的应用。传统的乳液生产工艺大多伴有强烈的振荡过程，这往往导致乳液中分散相液滴的多分散性(polydispersity)过高，并且系统的可控性和原料消耗等指标都未尽人意。故迫切需求开发高度单分散乳液的制备方法与可控性更好、原料利用率更高的制造设备，目前高品质乳液制备工艺中最具发展前景的当推微流控装置。基于协流式结构的微流控装置作为被动式乳化系统的最新代表，具有高度的可控性和原料利用率，所制备的乳液单分散性好、均一度高、球形度好，表现出了更优越的流变学特性，可用于多种流体的乳化，在生物医学、化学化工等领域有着广阔的应用前景。
　　 本文建立了协流式微通道内乳化过程流变行为特性的理论分析模型。数值模拟复现了液体在另一不相溶液体中以不同乳化模式形成液滴时的流变形态;分析了毛细数、韦伯数、表面润湿性和粘度比对乳化过程的影响;给出了不同毛细数、韦伯数、表面润湿性和粘度比情况下的分散相液滴尺寸和生成速率分布。结果表面:毛细数和韦伯数不仅影响着生成液滴的尺寸而且会改变乳化模式，过大的毛细数和韦伯数条件下均无法形成单分散的液滴;表面润湿性在连续相通道足够大的情况下不会改变乳化模式但可对液滴的尺寸产生影响;粘度比则主要影响液滴形成的过程形态而不会改变乳化模式。
　　 同时，本文设计搭建了一套协流式结构的微流控乳化装置实验台，采用高速动态摄像装置观测了协流式微通道中离散相水在连续相油中的乳化过程，给出了滴式、宽喷式、窄喷式、兼具滴式和窄喷式、兼具滴式和宽喷式等协流式微通道中的典型流型，分析了水流量、油流量、受限空间尺寸、表面润湿性对乳化过程的影响。另外，实验观测得到特征流型也验证了本论文所建立理论模型的准确性。

目录

声明

摘要

符号表

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 实验研究

1．2．2 理论研究

1．3 课题主要研究内容

1．4 本论文的创新性

1．5 本章小结

第二章 协流式微通道内乳化过程的理论研究

2．1 引言

2．2 数学模型

2．2．1 控制方程

2．2．2 界面重构方法

2．2．3 边界条件

2．3 求解方法

2．4 典型工况分析

2．5 影响因素分析

2．5．1 毛细数的影响

2．5．2 韦伯数的影响

2．5．3 界面张力系数的影响

2．5．4 表面润湿性的影响

2．5．5 粘度比的影响

2．6 本章小结

第三章 协流式微通道内乳化过程的实验研究

3．1 引言

3．2 协流式微通道的设计与制作

3．3 实验系统和实验方法

3．3．1 实验装置

3．3．2 试剂与仪器

3．3．3 实验方法

3．4 结果分析与讨论

3．4．1 典型工况

3．4．2 连续相流量变化对乳化过程的影响

3．4．3 分散相流量对乳化过程的影响

3．4．4 表面润湿性的影响

3．4．5 受限空间的影响

3．5 本章小结

第四章 结论和展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表(含录用)的论文