T型微通道内液滴流型分布及不稳定性分析 - 中国科学院广州能源研究所.PDF

维普资讯 MEMS器件与技术 MEMS DeviceTechnology T型微通道内液滴流型分布及不稳定性分析 刘志鹏 ，徐进 良，张 伟 (中国科 学院 广州能源研究所 微 能源 系统实验 室 可再生能源与天然气水合物重点实验 室 ，广州 510640) 摘要 ：以辛烷为分散相 、水为连续相 ，对 宽度为 200~m、深度为 40m 的T型交错微通道 内水 包油型液液相微反应器的形成进行 了实验研 究。通过改变分散相和连续相流量比例 ，在 T型节 点的下游发现射流状液滴和滴状液滴两种液滴形成方式。比较 了两种液滴形成过程 中界面张力、 黏性剪切力和惯性力的关系，分析了形成两种液滴的界面不稳定性 ，得到界面不稳定是微尺度 下 液滴形成的主要原 因，而较大的黏性剪切力可以提前激发界面失稳 。最后，分析 了由表面活性剂 的质量分数引起的Marangoni效应对液滴形成的影响。 关键词 ：微通道；液滴；流型分布；界面不稳定性 ；微反应器 中图分类号 ：TH703；0359 文献标识码 ：A 文章编号：1671—4776 (2008)05—0275—07 Flow PatternsandInstabilitiesofM onodisperseDroplet FormationinaMicrofluidicT-JunctionDevice LiuZhipeng，XuJinliang，ZhangWei (MicroEnergySystem Laboratory，GuangzhouInstituteofEnergyConversion， KeyLaboratoryofRenewableEnergyandGasHydrate，CAS,Guangzhou510640，China) Abstract：Dropletformationina40 mhigh，200 m widemicrofluidicT—junctiondevice，which isusedasliquid—liquidmicroreactors．wasinvestigatedexperimentallyusing n—octaneasthedis— persedphaseand waterasthecontinuousphase． Depending on flow dynam icsofthedispersed phaseandthecontinuousphase，twodifferentdropletformationmechanisms，jettinganddrip— ping，weredistinguished． Experimentalresultswereanalyzed． Theresultsincludetherelation amongsurfacetension force。 shear—stressforceandinertialstressforce。and instabilitiesofin- terracein two mechanismsofdroplet formation． Experimentalobservations supportthat the break—upisdominatedbyinterfacialinstabilities，andlargershear—stressforcecould triggerthis instabilityin advance． Consequently，Marangonieffectcausedby thechangeofthesurfactant concentr