微通道中組裝各向異性粒子的數(shù)值模擬.pdf

1、各向異性粒子是新型功能材料的構筑基元,粒子的非中心對稱特性可以構造出一系列內部結構精確可控的納米或微米膠體材料,在化工、醫(yī)藥、生物、食品、電子等許多領域都有非常重要的應用。盡管現(xiàn)有的各向異性粒子制備技術無法滿足工業(yè)實際應用,但是由于其具有新穎的形態(tài)學特征和巨大的應用潛力,各向異性粒子的合成與制備技術受到了研究者的廣泛關注。
　　液滴技術是以微流控芯片為基礎用于操縱微小體積液滴的技術,能夠精確控制液滴體積并且對液滴執(zhí)行聚并、液滴內混

2、合和液滴分選等操作。液滴作為微反應器具有樣品消耗少、內環(huán)境穩(wěn)定、內部混合迅速等優(yōu)點,廣泛的應用于快速分析、先進材料合成、蛋白質結晶和生物細胞分析等領域。
　　邊界元法具有高精度和降低計算維數(shù)的優(yōu)點,在處理無限域或復雜幾何形狀問題上具有很高的靈活性。結合譜方法的“無窮階”收斂性,本文采用二維波譜邊界元素法對液滴在低雷諾數(shù)下的流變學特性進行模擬。在計算過程中,采用四階龍格庫塔算法來降低計算誤差并提出界面重構技術用于模擬液滴聚并過程。<

3、br>　　液滴的聚并過程涉及到較短的時間和長度尺度,通過實驗手段研究較為困難,目前液滴聚并的機理仍在探索之中。本文采用波譜邊界元素法對大小相同的液滴正向碰撞過程中液滴間界面變化情況進行了模擬,研究了液滴間中心距離以及液滴內流場隨時間變化情況,并提出界面重構算法對十字形微通道內相同大小液滴的聚并過程進行了模擬。
　　本文提出了一種新型微流體裝置用于組裝具有補丁精確定位的各向異性粒子。這種裝置由微流體四輪磨(MFRM)和十字形通道耦合

4、而成,通過調整進出口流量可以在裝置的中心腔體內產生從完全延展流到剪切流再到完全旋轉流的所有流動情況。結合邊界積分方法本文繪制了不同流動情況下裝置內流動速度矢量圖和流線分布圖。根據模擬結果本文提出了在這種新型裝置內制備各向異性粒子的方案,并且對制備含有三個補丁的各向異性粒子的操作過程進行了說明,研究了旋轉時間、黏度和小液滴半徑對補丁相對位置的影響,并指出了操作過程中應采用的最佳流量范圍。本文的研究結果為制備補丁精確定位的各向異性粒子提供了