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分岔结构处双乳液滴的动力学特性研究

DYNAMIC MECHANISM OF DOUBLE EMULSION DROPLETS FLOWING THROUGH THE BIFURCATION STRUCTURES

作     者:刘赵淼 孙超 逄燕 王翔 Liu Zhaomiao;Sun Chao;Pang Yan;Wang Xiang

作者机构:北京工业大学数学统计学与力学学院北京100124 北京工业大学机械与能源工程学院北京100124 

出 版 物:《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期:2024年第56卷第5期

页      面:1214-1222页

核心收录:

学科分类:080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基  金:国家自然科学基金(12202020,12272016和12172017) 北京市自然科学基金(1232003)资助项目 

主  题:双乳液滴 动力学特性 分裂模式 临界条件 通道结构 

摘      要:复合液滴在化工、医药和生物检测等领域有着广泛的应用,尺寸以及壳层厚度是复合液滴应用过程中的关键特征参数,研究复合液滴的动力学特性对建立相应的操控方法具有重要意义,有助于进一步实现复合液滴的按需制备.采用微流控技术制备了Y形和T形两种分岔结构,研究了双重乳化液滴(双乳液滴)在分岔结构处的流动行为.根据内、外液滴的分裂次数,将流动模式划分为二次分裂、一次分裂和不分裂3种.分析了流动模式的转变规律以及液滴长度对流动模式转变的影响,通过内、外液滴延伸长度、颈部宽度和缝隙宽度等特征参数的演化过程,将液滴运动过程划分为3个阶段,不分裂模式下为挤压、过渡和恢复,一次分裂以及二次分裂模式下为挤压、过渡和断裂,并讨论了相应的动力学机制.发现液滴长度的增加能有效降低液滴与通道之间的间隙宽度,导致双乳液滴所受的挤压力与剪切力增加,有利于液滴的分裂.基于比较成熟的单乳液滴理论,分别建立了内、外液滴的临界分裂条件,T形分岔结构的分裂临界线高于Y形,并进一步构建了内、外液滴毛细数和初始长度决定的流动模式分布图,可以很好地划分不同模式的分布区域,对于调控双乳液滴特性参数具有重要参考价值.

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