聚焦流微通道内液液两相流及液滴夹断的研究

摘要

微流体内液液多相流行为的研究具有重要意义。本文在材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS),结构为十字交叉型微通道芯片上研究了正辛醇和去离子水形成液滴的过程,描述了过程当中液滴头部和颈部长度的变化,探讨了影响液滴生成过程以及流型、形成液滴尺寸的因素。得出如下结论:材质PDMS比聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)更容易使两相流断裂,形成滴状流和射流;表面活性剂的加入可以改变生成液滴的类型——从W/O型转变为O/W型;十六烷与水更容易生成尺寸更大的滴状流,更适合用来研究两相流行为;当分散相用乙醇替代时,出现了与水做分散相不一致的结果,论文中对此进行了简单的对比分析。
　　乳液的断裂对于乳液聚合反应等方面具有重大意义,这种情形在实际实验条件下难以实现,本论文通过一种近似实验——弹状流的破裂对其进行研究。在此系统中,在第一个十字交叉口处生成的弹状流流经注入夹断连续相的第二个交叉口,在水动力学流体聚焦作用下,一个弹状流可以被分裂为两个或两个以上的子液滴。断裂行为表明:大尺寸和短生成周期的弹状流可以得到更多的子液滴;高的夹断连续相流率(Q3)也有助于产生更多小尺寸的子液滴。在生成连续相和夹断连续相中添加表面活性剂都对弹状流的断裂产生积极作用,可以获得数目更多的子液滴。这些结果表明,在这种微装置中,两相流体的流变特性对弹状流的断裂有着显著的影响。
　　论文应用生成液滴得到的尺寸与流率的关系式来拟合断裂过程中得到子液滴的尺寸与流率的关系,结果非常相近,说明液滴的断裂过程与生成过程是有相似之处的。但是液滴的断裂过程是与生成过程也有差别:在生成过程中,得到的液滴的尺寸是均一的,这是利用微流体设备制备液滴的优势;在断裂过程中,由实验数据可以清楚地看到断裂得到的每一级子液滴的尺寸都是不同的,是逐渐变小的,说明了后续的断裂过程是受先前断裂的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述

1.1微流体概述

1.2微流体内液滴的制备

1.3对微流体内生成的液滴的进一步控制

1.4微流体内液滴的应用

1.5本文研究思路

第二章 实验部分

2.1实验器材

2.2实验流程

2.3数据处理

第三章 液液两相流体流动的研究

3.1十字型微通道内聚焦流动液滴的生成过程

3.2通道的影响

3.3物质本性的影响

3.4本章小结

第四章 在流体聚焦下弹状流的断裂

4.1弹状流的生成

4.2在流体聚焦下弹状流的断裂

4.3弹状流断裂的影响因素

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢