中文摘要：

微通道流动空化现象是降低MEMS微流动系统效率的主要原因之一。单空泡阻流是其特有现象，表现为单一大空泡驻留于通道，液体在固壁与泡壁间呈环状薄膜流动，界面效应是单空泡阻流形成与发展的关键因素。本研究结合显微观测和数值模拟方法，分别对微硅工艺加工的矩形截面微通道，以及毛细管工艺加工的圆形截面微通道中的绕流结构进行了空化特性研究。理论计算中，分别使用体积分率方法和Mixture模型，对单空泡阻流的界面形状进行了数值模拟；利用Rayleigh-Plateau判据，分析了环状薄膜流动的稳定条件；使用表面单元积分方法计算了空泡与不同表面电势固壁之间的相互作用。实验研究中，基于显微图像分析，研究了空化初生-空泡生长-超空化-消失空化发展过程的各环节中，单空泡阻流现象的特征及其对流动效率的影响，以及环状薄膜流动的稳定性；提出了电容式空泡体积检测的方法，并实验验证了其有效性；利用原子力显微镜研究了表面电势对空泡与壁面相互作用力的影响。研究得到的微通道空化不同于宏观管道空化的形成与发展过程，为空化的尺寸效应研究提供了依据；微通道单空泡阻流的流动特征，为研究微流动系统效率和可靠性提供了依据。