十字型微通道中非定常分散相速度下液滴生成的数值分析

摘要

微液滴因其独特的流体力学特性和尺寸效应,在许多领域得到了广泛的应用.在制备微液滴时常使用蠕动泵为流体提供流动推动力.实际上,当时间尺度足够小时,蠕动泵提供的推动力是呈一定周期性变化的,这对液滴的生成来说是一种周期性的扰动.为研究周期性扰动对十字型微通道内液滴生成的影响,本文基于经过验证的模型,在分散相入口流速为时间的正弦函数条件下对液滴生成情况进行了数值模拟.模拟采用流体体积(VOF)模型,以硅油为连续相、水为分散相,首先模拟了两相流体入口流速均为0.01 m·s-1的工况,得到液滴生成时间为0.08 s.导入周期分别为0.04、0.08、0.12、0.16s以及振幅分别为0.0025、0.005、0.0075、0.01的正弦函数作为分散相入口流速,模拟不同条件下液滴的尺寸和生成时间.模拟结果表明,当正弦函数周期≤0.08 s时,改变周期和振幅对液滴尺寸和生成时间的影响较小;当正弦函数周期大于0.08 s时,液滴尺寸和生成时间会呈现周期性变化.而正弦函数的振幅对液滴的生成影响不明显,只对液滴生成达到稳定状态的时间有影响.