表面特性对矩形小流道内液滴脱离现象的影响

本文设计了一个可视化微小平直流道,利用摄影装置观察记录了液态水通过平板内部直径70μm的微孔在水平平板表面上形成液滴并成长直至脱离的过程,分析了不同流道高度条件下接触角之差与液滴高度和通道内流动空气的雷诺数的关系,并且进一步讨论了平板表面特性对液滴脱离高度和接触角之差的影响。

共轴微通道内液滴生成的二维数值模拟分析

为探究材料参数和操作参数对共轴微流控装置内液滴生成特性的影响,建立适用于液液两相流模拟的计算模型,并采用VOF法进行数值求解。模拟过程中通过改变两相不同流率、两相梯度黏性和表面张力对液滴尺寸及伴随液滴生成的机制进行分析。通过分析发现:在外流场中,随着连续相流速的增大,生成液滴的直径会相应的减小;离散相流率变化会引起毛细管后液线长度发生变化,进而引起流态之间的转化,更重要的是会直接导致液滴尺寸发生改变,但离散相黏度对液滴直径的影响甚微;在相同流场变量下,换用表面张力更小的离散相后,发现生成的液滴直径也变小;最后,调整毛细管和外部通道的尺寸,发现液滴生成率和液滴直径的变化规律与调整前是一致的。

疏水性润湿梯度表面液滴脱离过程的实验研究

基于标准MEMS工艺设计并加工了一种具有微结构的疏水润湿梯度表面,通过光学可视化测试系统,采用高速图像采集装置和标准振动台研究了液滴与润湿梯度表面脱离过程中,形态、接触角、受力等参数的变化规律。结果表明:液滴在与疏水润湿梯度表面脱离过程中,将出现拉伸现象,处于相对疏水侧的边缘脱离速度要快于处于相对亲水侧。脱离过程中液滴高度、宽度和接触角变化可明显分为两个区域,两区域内液滴高度、宽度和左右两侧接触角变化呈现出显著不同。通过液滴与微结构顶部间受力分析发现,润湿梯度造成的液滴受力不均是导致液滴边缘脱离速度出现不对称的原因。