剪切流場中雙重乳液形變特性的實驗與數值模擬研究.pdf

1、雙重乳液因其獨特的“兩膜三相”結構，而具有物質隔離、靶向釋放和成份掩藏等多種功能，因此，其在生物、醫(yī)藥、食品、化工等領域都有著良好的應用前景。準確掌握剪切流場中雙重乳液液滴的形變行為機理對雙重乳液流變行為的精確調控理論與技術的發(fā)展具有重要的學術價值和工程指導意義。目前，雙重乳液液滴在剪切流場中的流變行為還未得到充分認識，特別是剪切流場中雙重乳液液滴形變機理與特性尚待進一步研究。為此，本文基于VOF(Volume of Fluid)液/液

2、相界面的追蹤方法，建立了剪切流場中不可壓縮雙重乳液液滴流變行為理論模型并進行了數值模擬，并搭建了剪切流場中雙重乳液液滴形變特性的可視化實驗觀測平臺，對所建立的理論模型進行了驗證。同時，結合數值模擬與實驗觀測，分別研究了含單內液滴和雙內液滴雙重乳液在剪切流場中的穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)形變特性，揭示了兩種雙重乳液各自不同的形變機理，探討了無量綱剪切強度、內外液滴半徑比及粘度比等工況參數對乳液液滴形變行為特性的影響，得到了以下主要研究結論:
　　

3、(1)粘性剪切力是導致液滴形變的主要因素，而表面張力和液滴內粘性力則是阻礙該過程的主要因素;液滴的形變程度隨著Caout的增大而加劇，且在相同Caout下，雙重乳液內液滴的形變程度要遠小于液滴整體的形變程度。
　　(2)與單乳液液滴不同，單內液滴雙重乳液液滴的非穩(wěn)態(tài)形變經歷了一個拉伸-回縮往復變化的過程，在這個過程中液滴的形變系數及形變傾角經歷了一個逐漸衰減的波動過程直至最終達到穩(wěn)態(tài)形變。
　　(3)剪切流場中，雙內液滴雙重

4、乳液的形變過程與單內液滴的雙重乳液有著明顯的區(qū)別。雙重乳液中的兩個內液滴在剪切流所產生的封閉渦流的作用下相互靠攏至纏抱在一起后，隨封閉渦流做周期性旋轉運動，外液滴的形變也會隨著內液滴的周期性旋轉而發(fā)生相應的周期性波動;兩個內液滴初始位置和Caout對液滴整體形變特性和纏抱后內液滴整體的旋轉速度有著很大影響，當保持其他因素不變時雙內液滴雙重乳液外液滴的形變程度隨著毛細數Caout的增加而單調增加。
　　(4)單內液滴雙重乳液中的內液