文献类型：会议

作　　者：宋奎 周正 黄逸飞 张丽娜 黄睿洁

作者单位：湘潭大学土木工程与力学学院工程力学系

会议文献：第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集

会议名称：第十一届全国流体力学学术会议

会议日期：20201203

会议地点：中国广东深圳

出版日期：20201200

学会名称：中国力学学会

语　　种：中文

摘　　要：研究微流动中液滴自组装现象对新型颗粒或材料的合成、基于液滴的信息表达、制造科学等具有重要意义。首先,对于微流动中两不同大小液滴的自组装行为,我们将液滴运动过程分为扰动、自组装和相对稳定三个阶段,开展了理论研究。基于切球坐标系下液滴的Stokes绕流解,我们对液滴的受力和运动轨迹进行分析,研究了液滴的自组装过程。我们发现流场的小扰动会改变小液滴的位置,进而改变作用在液滴上的力,使两液滴相对运动,最终形成稳定的组装结构一起运动下去。研究结果为实验现象提供了理论解释。其次,针对微流动中两液滴的自组装或接触状态,我们理论研究了液滴相流体流动的能量耗散问题。基于液滴的Stokes绕流解,求得了两液滴内部流动的能量耗散结果。进而利用量纲分析和数值拟合方法建立了两液滴组装后液滴内部流动的能量耗散理论模型。探讨了流体粘度和两液滴相对大小对液滴能量耗散的影响。研究发现对于任意大小的两液滴,组装后总的能量耗散结果小于两液滴分别单独绕流时的能量耗散之和。因此,两液滴的自组装行为会使得液滴内部流动的能量耗散达到最小值,为微流动系统节省能量,从而在能量耗散方面为微流动中液滴自组装现象提供解释。最后,基于多智能体系统方法,我们研究了二维"发散—水平—收敛"微通道中单层微液滴自组装机制,解释了微液滴自组装分层原因,并讨论了多层微液滴自组装规律。我们基于Stokes圆球绕流和平行板间的压力驱动流动解答建立了单层微液滴自组装的理论分析模型。通过对比多智能体系统方法得到的液滴自组装数值仿真结果,验证了理论模型的正确性。本文的研究有助于深入理解微流控器件中液滴的自组装现象。

关 键 词：微流动 液滴 自组装 粘性能量耗散  STOKES流动

分 类 号：O35]