微通道內非牛頓流體中液滴生成機理和實驗研究

《微通道內非牛頓流體中液滴生成機理和實驗研究》是依託中國科學院力學研究所，由張麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微通道內非牛頓流體中液滴生成機理和實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張麗
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

基於微液滴的微流體技術在生物醫學、石油化工和材料製備等領域具有重要套用價值，微液滴作為反應的控制單元，分散均一微液滴的形成及其微液滴體積大小的可控性成為了該研究方向的關鍵性問題。本項目以微通道內非牛頓流體中液滴生成為研究對象，通過構建共聚焦的Micro-PIV可視化測量系統，對微通道內假塑性非牛頓流體中液滴內部及周圍流體進行二維及三維流場測量，並進一步分析剪下力場及微通道內粘度的變化趨勢，闡釋微細尺度效應以及非牛頓流體流變學性質對液滴生成的影響規律，歸納分析液滴生成類型及生成機理，建立液滴生成尺寸的預測模型，為微流動裝置的最佳化設計提供理論基礎和實驗依據。

結題摘要

基於液滴的微流控器件在化學、生物學、醫學等領域具有巨大套用潛力。微通道中液滴的流動特徵有別於巨觀情形。目前對微器件中液滴控制的研究和認識還很有限。因此，我們針對微尺度液滴的輸運規律和操控方法進行研究，建立描述微流控器件中液滴運動過程的模型，實現對複雜微行動網路中液滴的有效控制。首先結合實驗、CFD模擬及理論分析，研究了液滴在微通道中的生成和輸運規律，揭示同步化現象與入口流量條件、器件結構尺寸等參數的關係，發現液滴所造成的壓降對液滴同步發揮關鍵作用，並基於最小二乘法擬合液滴壓力將隨毛細數的變化關係。運動液滴在具有環形（loop）結構的微流控器件中表現出編碼、解碼、多周期性等複雜動力學現象。通過實驗在含環形結構的微流動網路中研究了雙液滴串通過拓展的環形結構組合成一新液滴串的編碼問題，並對液滴運動過程的實驗結果進行數學分析，得到實現兩液滴串在含類環形微流控器件中邏輯編碼的控制模型，揭示新液滴串信息和雙液滴串的輸入信息、外加調控流量等參量之間的關係。