局部几何构型对聚焦流微通道内液滴生成特性的影响

• 作者: 宋祺 杨智 陈颖 罗向龙 陈健勇 梁颖宗
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 聚焦流 数值模拟 锥形入口 孔口 协同效应
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 1540-1553
• 页数: 13页
• 分类号: O359
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20191503

摘要

在微流控技术中，微通道结构的优化设计是一种被动实现液滴精确调控的有效方法。为探究分散相入口、通道下游孔口以及二者共存模式下的通道结构变化对液滴生成特性的影响，采用VOF/CSF耦合level set的界面捕捉法对聚焦流微通道内的液滴生成开展了数值模拟研究。结果表明，当孔口为单一变量时，液滴生成周期和直径随孔口宽度呈近线性增大，且颈部宽度收缩率随孔口宽度的增大而不断减小。孔口的收缩有助于强化连续相Y方向的挤压和X方向的黏性剪切作用。当孔口宽度较小，聚焦作用较强时，液滴生成周期和直径整体上对分散相入口竖直和水平边锥形角的变化并不敏感；此时，孔口对连续相的聚焦效应主要影响液滴的生成特性。当孔口和分散相入口水平边锥形角θ2同步变化时，二者可协同影响液滴的生成。孔口宽度的增大削弱了孔口的聚焦作用，液滴挤压破裂时间在单个周期中的占比逐渐增大。此外，当孔口宽度较大时，液滴生成开始对θ2敏感，其周期和直径随θ2增大而增大，且液滴可从滴流向射流模式转变。