非對稱微通道內氣泡破裂行為的研究.pdf

1、近年來，微化工技術發(fā)展迅速，作為微化工技術的重要基礎，氣泡在微流控設備中的破裂行為受到了中外學者的廣泛重視。本文采用實驗和數(shù)值模擬的方法研究了氣泡在非對稱微通道內的破裂行為。
　　采用高速攝像儀對不等寬T型分岔微通道中氣泡的破裂和分配規(guī)律進行了研究。實驗觀測到完全阻塞破裂（POB），有空隙破裂（TB），不破裂（NB）三種流型。對于破裂的流型，由于微通道下游子氣泡對分岔口處氣泡破裂的反饋效應，兩個子氣泡分配比V2/V1隨氣液流量比的

2、增大呈先增大后減小的非線性變化趨勢。隨著無量綱母氣泡體積V0/w02h的增大，V2/V1也呈先增大后減小的變化趨勢，并且存在一個臨界無量綱母氣泡體積(V0/w02h)c。在實驗范圍內，氣液流量比對(V0/w02h)c的影響較大，而液相黏度對(V0/w02h)c的影響可以忽略。提出了子氣泡分配比的預測式，預測值和實驗結果吻合良好。氣泡完全阻塞破裂過程可以分為兩個階段：擠壓階段和快速夾斷階段。擠壓階段又可分為快速擠壓階段和慢速擠壓階段?？焖?/p>

3、擠壓階段尚未發(fā)現(xiàn)普遍的變化規(guī)律。慢速擠壓階段無量綱氣泡頸部最小寬度與時間存在指數(shù)關系：(1-wm/w0)∝t0.62。表觀流速和液相黏度的增加可使頸部變細速率加快，而氣泡初始長度對氣泡頸部變化的影響可以忽略。在快速夾斷階段，無量綱氣泡頸部最小寬度與剩余時間存在指數(shù)關系：wm/w0∝(T-t)0.32。
　　實驗研究了氣泡在T型不等長微通道內的流型及分配規(guī)律。實驗觀察到完全阻塞破裂（POB）、有空隙破裂（TB）、不破裂三種流型（NB

4、）。氣泡是否破裂的轉變規(guī)律可用無量綱初始氣泡長度和Ca數(shù)的冪律關系表示。氣泡破裂后的分配比隨無量綱初始長度的增加而減小。不同初始長度氣泡破裂后的分配行為，其機理不同。對于較短的初始氣泡，子氣泡分配比由局部界面變化和下游支通道阻力共同控制。對于較長的初始氣泡，子氣泡分配比主要由下游支通道阻力決定。
　　采用流體體積法（Volume of Fluid,VOF）模擬了氣泡在T型旁路微通道內的阻塞破裂過程。在研究范圍內，液相平均來流速度較