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1、微通道內(nèi)非常規(guī)流體液滴生成與界面動(dòng)力學(xué)研究StudyonDropletFormationandInterfacialDynamicinUnconventionalFluidsinMicrochannels一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程作者姓名：杜威指導(dǎo)教師：馬友光研究員天津大學(xué)化工學(xué)院二零一七年五月萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一
2、同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要近二十年來(lái)，微化工作為一種可持續(xù)發(fā)展的化工過(guò)程及強(qiáng)化技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)
3、注。微通道內(nèi)液滴的生成與界面動(dòng)力學(xué)是其重要的研究?jī)?nèi)容之一。本文利用高速攝像儀實(shí)驗(yàn)研究了微通道內(nèi)非常規(guī)流體（高黏、黏彈、剪切變?。┮旱蔚纳蛇^(guò)程。主要內(nèi)容如下：研究了十字聚焦型微通道內(nèi)高黏液滴在另一不互溶高黏流體中生成時(shí)細(xì)絲的破裂動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液滴的生成過(guò)程可分為對(duì)稱破裂和非對(duì)稱破裂兩種類型。對(duì)任一破裂類型，分散相頸部變化均可分為兩個(gè)階段：擠壓力控制的擠壓階段，以及兩相黏性力與表面張力共同控制的快速夾斷階段。分析表明：兩破裂類型界面形狀及動(dòng)力學(xué)行為的差異主要源于破裂點(diǎn)處不同的拉伸流場(chǎng)。頸部破裂速度及動(dòng)力學(xué)行為隨連續(xù)相黏度的變化而變化，但受連續(xù)相流速的影響
4、較小。研究了十字聚焦型微通道內(nèi)黏彈性液滴生成過(guò)程中細(xì)絲的破裂動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到了四種細(xì)絲斷裂方式：除了兩端同時(shí)斷裂或是下游先斷裂的兩種牛頓流體細(xì)絲的斷裂方式外，黏彈性細(xì)絲會(huì)出現(xiàn)上游先斷裂的情況，從而產(chǎn)生了兩種新的斷裂方式。對(duì)于任一細(xì)絲斷裂方式，黏彈性分散相細(xì)絲的破裂過(guò)程均可分為兩個(gè)階段：分散相慣性力與連續(xù)相動(dòng)態(tài)壓力共同控制的流體驅(qū)動(dòng)階段以及彈性力與表面張力共控制的彈性毛細(xì)管力階段。研究發(fā)現(xiàn)，不同斷裂方式下，細(xì)絲動(dòng)力學(xué)行為及界面形狀的差異源于細(xì)絲黏彈性大小的不同。揭示了十字聚焦型微通道內(nèi)黏彈性液滴生成過(guò)程中破裂階段的自相似性規(guī)律。自相似的界面可由頸部最
5、小寬度歸一化得到。分散相細(xì)絲的破裂過(guò)程可由指數(shù)為0.36的自相似冪律階段過(guò)渡到自相似的指數(shù)階段。最終破裂時(shí)兩個(gè)錐形角度的漸近值分別為125.5°和151°。微尺度下，黏彈性的引入抑制了液液界面破裂過(guò)程中有限時(shí)間奇點(diǎn)的發(fā)展，這一現(xiàn)象與宏觀的毛細(xì)破裂過(guò)程類似。實(shí)驗(yàn)表明，微尺度下黏彈性液滴生成過(guò)程中界面破裂階段呈現(xiàn)自相似性規(guī)律。闡釋了十字聚焦型微通道內(nèi)剪切變稀型流體液滴生成過(guò)程中細(xì)絲的破裂動(dòng)力學(xué)規(guī)律。剪切變稀型流體細(xì)絲的破裂過(guò)程可分為四個(gè)階段：擠壓力控制的液滴生長(zhǎng)階段和擠壓階段，分散相黏性力與表面張力共同控制的拉伸階段以及兩相黏性力與表面張力共同控制的夾斷階段。
6、研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)任一破裂階段，細(xì)絲的動(dòng)力學(xué)行為與恒黏牛頓流體的動(dòng)力學(xué)行為類似，流體的流變性質(zhì)并未對(duì)細(xì)絲頸部變化產(chǎn)生影響。關(guān)鍵詞：微流體，液滴，破裂，界面現(xiàn)象，非常規(guī)流體，液-液兩相流I萬(wàn)方數(shù)據(jù)II萬(wàn)方數(shù)據(jù)ABSTRACTMicrochemicaltechnology,asakindofsustainabledevelopmentofchemicalprocessandintensificationtechnology,hasattractedwidespreadattentionincurrenttwodecades.Thedropletformationan
7、ddynamicsinmicrochannelisoneofthemostimportantissuesforthistechnology.Thedropletformationinunconventionalfluids(high-viscosity,viscoelasticity,shear-thinning)inmicrochannelswasinvestigatedexperimentallyusingahigh-speeddigitalcamerainthepresentstudy.Themaincontentsareasfollows:Theb
8、reakupdynamicsofhigh-viscositythr
