微通道內(nèi)非牛頓流體中氣泡破裂及聚并行為的模擬研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著微流體芯片技術(shù)（Lab-on-a-chip）的不斷發(fā)展，利用微流體技術(shù)對(duì)微通道內(nèi)氣泡（液滴）的精準(zhǔn)調(diào)控受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。相比流體體積法（Volume of Fluid，VOF），水平集法（Level Set）和VOF法耦合的（coupled level set and volume of fluid method，CLSVOF）能更加精準(zhǔn)地捕獲氣液界面。本文利用CLSVOF法對(duì)微通道內(nèi)氣泡破裂及聚并進(jìn)行數(shù)值模擬研究

2、，研究結(jié)果可對(duì)微通道反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和氣泡流的精準(zhǔn)操作提供理論依據(jù)。
　　本文首先通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該數(shù)值方法的有效性，然后選用廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的羧甲基纖維素鈉（CMC）水溶液為非牛頓流體，計(jì)算了微通道內(nèi)該流體中氣泡破裂和聚并行為。
　　首先，對(duì)四條并行分岔微通道內(nèi)氣泡破裂行為進(jìn)行研究，模擬結(jié)果表明：隨ug/ul增大，氣泡破裂后子氣泡依次呈現(xiàn)出長(zhǎng)段彈狀流、彈狀流、泡狀流、不阻塞泡狀流四種流型；隨中間兩子通

3、道寬度減小，其中氣泡流型由彈狀流轉(zhuǎn)變?yōu)榕轄盍?，而兩?cè)兩子通道由彈狀流轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)段彈狀流；隨子通道中間分岔角增加，中間子通道由長(zhǎng)段彈狀流轉(zhuǎn)變?yōu)閺棤盍?，而兩?cè)子通道由彈狀流轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)段彈狀流；隨液相質(zhì)量濃度的增加，子通道氣泡流型出現(xiàn)較長(zhǎng)彈狀流到彈狀流的趨勢(shì)。另一方面，當(dāng)ug/ul≈1時(shí)，氣泡均勻破裂，當(dāng)ug/ul增大時(shí)，中間子通道子氣泡較大；隨中間子通道寬度的減小，其中子氣泡明顯減小，而兩側(cè)子氣泡增大較快；隨子通道中間分岔角增加，中間子氣泡減小