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，隨著微流體芯片技術（Lab-on-a-chip）的不斷發(fā)展，利用微流體技術對微通道內(nèi)氣泡（液滴）的精準調(diào)控受到國內(nèi)外研究者的廣泛關注。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）能更加精準地捕獲氣液界面。本文利用CLSVOF法對微通道內(nèi)氣泡破裂及聚并進行數(shù)值模擬研究

2、，研究結果可對微通道反應器的設計和氣泡流的精準操作提供理論依據(jù)。
　　本文首先通過網(wǎng)格無關性分析及與實驗結果對比，驗證了該數(shù)值方法的有效性，然后選用廣泛應用于工業(yè)中的羧甲基纖維素鈉（CMC）水溶液為非牛頓流體，計算了微通道內(nèi)該流體中氣泡破裂和聚并行為。
　　首先，對四條并行分岔微通道內(nèi)氣泡破裂行為進行研究，模擬結果表明：隨ug/ul增大，氣泡破裂后子氣泡依次呈現(xiàn)出長段彈狀流、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變?yōu)榕轄盍?，而兩側兩子通道由彈狀流轉變?yōu)殚L段彈狀流；隨子通道中間分岔角增加，中間子通道由長段彈狀流轉變?yōu)閺棤盍?，而兩側子通道由彈狀流轉變?yōu)殚L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)較長彈狀流到彈狀流的趨勢。另一方面，當ug/ul≈1時，氣泡均勻破裂，當ug/ul增大時，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