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W/O液滴绕流微柱阵列的数值模拟研究
  • ISSN号:1000-4939
  • 期刊名称:应用力学学报
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:O359[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]西安建筑科技大学,西安710055, [2]西安有色冶金设计研究院,西安710001
  • 相关基金:国家自然科学基金(21005058);高等学校博士学科点专项科研基金(20106120120011);陕西省教育厅专项科研计划项目(11JK0530)
  • 相关项目:基于脉冲型介电电泳的颗粒分离与单颗粒捕捉研究
中文摘要:

基于COMSOL Multiphysics 4.1层流两相流模型,通过数值模拟研究了连续相流速一定的情况下大接触角(?=160°)的油包水(W/O)液滴绕流微柱阵列的二维运动。通过相场方法考虑表面张力的影响,实现对油-水界面的追踪,获得了W/O液滴的运动状态,重点考查了液滴尺寸对运动特性的影响。模拟结果表明,初始尺寸不同的液滴变形后,长度上存在差异,但厚度基本一致,尺寸介于100?m~150?m液滴的运动速度与液滴尺寸无关。进一步研究了利用尖楔对液滴进行分割的过程,发现液滴脱离末端微柱时,其垂向位置高度与液滴尺寸密切相关,呈先线性增加后趋于定值的特点,利用这一预定位功能及尖楔结构可以获得尺寸可控的均匀子液滴。数值方法与已有实验结果基本一致,且可以很好地表现W/O液滴与微柱的相互作用,揭示液滴的流动细节和运动规律,为设计更为复杂的液滴微流控芯片提供了支撑。

英文摘要:

Based on two-phase flow module in COMSOL Multiphysics 4.1, a numerical simulation about 2-D motion of water in oil(W/O) droplets(contact angle CA=160°) rolling over micro-pillar array is carried out in this paper. Phase field method is adopted to take into account the affect of surface tension and to track the real-time oil-water interface. The effect of droplet size on the movement is emphasized. The simulation results show that W/O droplets will be elongated under the external flow and the lengths of deformed droplets increase with the sizes of droplets, while the widths maintain a constant. It is also reveals that, the velocities of droplets are independent of the sizes(100?m~150?m)of droplets. Furthermore, we consider the droplet splitting with a sharp wedge. When droplet is flushed out from the last micropillar, the vertical locations of droplets relative to last pillar increase linearly firstly and then approaches to a platform. Relying on this pre-position function, the sharp wedge placed at the downstream divides the droplets into two parts. For different sizes of mother droplets, it is found that one of sub-droplet has the same size. Compared to the experimental results, it is believed that the numerical method can be used to simulate the interaction between W/O droplet and micro-pillar very well and reveal the flow details and the motion pattern qualitatively, which is useful to design the complex microfluidic chip in future.

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期刊信息
  • 《应用力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:西安交通大学
  • 主编:陈宜亨
  • 地址:西安市咸宁西路28号西安交通大学
  • 邮编:710049
  • 邮箱:cjam@mail.xjtu.edu.cn
  • 电话:029-82668756
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4939
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1112/O3
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 国际工程索引(EI)及我国力学类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:8573