数值模拟微通道中液滴的非对称分断

摘要

微流体技术是利用尺寸在10到100微米的管道制备和加工微液滴(10-9到10-18升)的一门科学技术。与传统液滴技术相比，微流体技术有许多优点和极少数的缺点。近二十年间，微流体技术发展迅速，各种各样的微设备以及相关应用被学者们设计和开发出来。例如在化学合成、生物监测等领域。
　　液滴微流体技术作为微流体技术发展的一个分支近几年飞速发展。其对于液滴的精确控制是传统技术所无法比拟的。在本文中，液滴体积与微流体各参数之间的关系将会详细介绍。
　　在本文的第二章，将会对本课题组多年研究的二维波谱边界元素法进行改进使其可以应用于液滴破裂的计算并利用该方法对液滴破裂过程的物理意义进行深入研究。该章节将详细讨论液滴非对称破裂和不破裂时的物理过程以及非对称破裂后子液滴体积比与各个参数之间的关系。
　　为了更好的研究液滴在三维条件下的非对称分断过程。本文第三章将采用三维流体体积法对液滴非对称分断进行研究。该章节中，提出了一种对于液滴非对称破裂过程的普适性物理解释。该研究过程将液滴初始化在一类十字形微通道中。为了叙述方便，引入了具有普遍意义的用于描述非对称大小的非对称系数As，其范围在0到1之间。液滴分断分区图描述了在液滴发生非对称分断过程中的四种明显不同的过程(不发生分断、一侧分断、收缩分断和直接分断)。在非对称分断过程中三大要素决定了分断结果，分别是毛细管数决定下切速度，非对称性决定了液滴发生偏移以及初始体积比决定了大毛细管数条件下的体积比。不仅如此，一个基于幂函数的简单理论模型被用以描述子液滴体积比与各参数之间的关系。其研究结果可拓展到不同的非对称分断过程。

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第一章 绪论

1.1 微流体技术概述

1.2微流体液滴技术

1.3 微流体界面动力学

1.4 微流体研究常用数值模拟方法

1.5 本文研究内容

第二章 波谱边界元素法对十字形微通道液滴非对称变形的研究

2.1数值公式和数值方法

2.2 波谱边界元素方法的改进

2.3 传统十字形对称液滴变性研究

2.4 十字形微通道中液滴非对称变形

2.5本章小结

第三章 VOF法模拟轴对称延展流条件下液滴非对称分断

3.1网格划分

3.2数值方法

3.3数值结果和讨论

3.4 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢