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钻研:微通路内液 / 液微分散系统流型分析

相对气 / 液两相微分散流型

 更新功夫:2022-10-13 点击量:3743

相对气 / 液两相微分散流型,液 / 液两相在微通路内的流型相对单一,有关报路也相对集中 。

Thorsen 等 [1] 首先尝试了在 T 形微通路当选取错流剪切的步骤造备单分散液滴 。钻研者指出,在微通路中,固然流体的流动处于低雷诺数的状态,但是由于两相流体的界面不是静止的,流动依然长短线性的,会造成相分散 。

液滴的形成重要将通过界面张力和陆续相剪切力的竞争决定 。尝试中通过扭转油相和水相的压力来节造所形成液滴和液柱的尺寸和频率,并且能够将液滴在通路中的分散状态在较大领域内调控 。图 1为钻研者给出的液 / 液两相流型 。

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图 1微通路内液 / 液两相流型



由图能够看出,当水相压力低于油相压力时,会形成分散的液滴;当固定油相压力,增大水相压力时,会出现有序的陆续液滴流;而当水相压力大于油相压力时,会形成有序的液柱分散流 。

在尝试前提下,两相流能够出现出液滴 / 液柱单层分散、液滴 Z 字形排布、珍珠链状串联和液滴多层排布等多种复杂而又极度有规定的流型散布,这与宏观通路中液 / 液两相分散行为有着很大的区别 。

随后,徐建鸿 [2] 在 T 形微通路内选取正辛烷 /0.5%(质量分数)SDS 水溶液为尝试系统,通过利用垂直流剪切方向钻研两相流量对于两相流型的影响,在较宽的操作领域内给出了液 / 液两相微分散流型 。了局如图2所示 。

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图 2 微通路内液 / 液两相流型图



当水相流量较幼而油相流量较大,也就是 Qw/Qo 值较幼时,油水两相呈平行层流 。形成的重要原因在于垂直通路内水相流动产生的剪切力很幼,无法将油相破碎成分散的液柱,两相沿着通路呈平行流动;Qw/Qo 值增大到肯定水平后,垂直通路内水相流动产生的剪切力能够将油相破碎,由于油相尺寸大于通路尺寸,形成了规定的油柱分散流;进一步增大 Qw/Q时,便能形成鹅卵石状和液滴分散流 。

对比宏观通路,微尺度前提下两相流出现出更为复杂而又极度规定的变动 。两相流型变动重要是由陆续相流动产生的黏性剪切力大幼决定的 。当陆续相剪切力较幼时,只能形成两相平行层流或液柱分散流,而当陆续相剪切力较大时,陆续相能将分散相剪切形成规定的液滴分散流 。

由上述报路能够看出,对于微通路内液 / 液两相流动,相对于气 / 液流动,其流型变动还是单一好多,重要有两相层流流动、液滴流和流柱流等三种 。其流型变动单一的一个重要原因是由于液 / 液系统的作使劲与气 / 液系统还是有很大的分歧,更为关键的是液 / 液系统的不成压缩性,压力变动对其影响很幼,且液 / 液分散体系的不变性也较气 / 液系统好,因而其流型变动相对较少 。

Wang 等 [3] 最近对微通路内液 / 液系统流型进行了较为全面的分析,给出了重要的流型示意图,如图 3所示 。当然,即就是单一的流型,若分散系统特殊或者微通路结构复杂,也会对流型产生沉要的影响,因而,与气 / 液系统流型划分一样,钻研者还必要针对系统性质、几何结构以及分散步骤等发展分析,以得到较为靠得住的流型划分 。

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图 3 微通路内液 / 液两相重要流型示意图



参考文件:

[1] Thorsen T, Roberts R W, Arnold F H, Quake S R. Dynamic pattern formation in a vesiclegenerating microflfl uidic device[J]. Phys Rev Lett, 2001, 86:4163-4166.


[2] 徐建鸿 . 微分散系统尺度调控与传质机能钻研 [D]. 北京 : 清华大学 , 2007.
[3Wang K, Luo G S. Microflow extraction:A review of recent development[J]. Chem Eng Sci,2017, 169:18-33.
[4] 骆广生,吕阳成,王凯,张吉松等,《微化工技术》化学工业出版社 。



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