项目名称: 微细通道内液滴运动行为的调控及混合与吸收过程强化机理的研究

项目编号: No.21476037

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 马学虎

作者单位: 大连理工大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 液滴技术在微流控、微反应器、微混合器、微吸收器和微换热器等高新技术的性能操控中具有重要的作用。流体微流动过程中,惯性力和浮力影响很小,表面张力起主导作用,流体各质点平行于通道内部有规则流动,呈层流状态。传统的微液滴调控的策略多采用机械驱动或介电电泳法等手段,关于界面润湿性能对液滴尺度及运动规律调控方面的研究报道较少。本项目基于微细通道内液滴运动和演化过程,研究界面润湿特性、微细通道结构对液滴尺寸及分布以及液滴运动、弹跳的影响,揭示微细通道内液滴铺展和运动的主导因素及其调控机制;刻画微细通道内液滴形变、三相线演化、接触角滞后的物理图景。建立数学物理模型研究表面形貌和界面性能对微细通道内液滴内部流场的影响机制。进而,基于微细通道内液滴的运动和弹跳特性,实现液滴混合、吸收过程强化,提出调控液滴动态过程和强化传质过程的新型策略,为微化工过程的新技术研发提供支撑。

中文关键词: 微细通道;表面润湿性;液滴调控;过程强化;混合与吸收

英文摘要: Droplet-based technology has received considerable attention due to its broad potential applications, such as micro reactor, micro mixer, micro absorber and micro heat exchanger. For fluid flow in miniochannel, the surface tension turns to be the dominating force rather than the regular body forces, such as gravity and buoyancy. Fluidic actuation driven by surface tension has, therefore, drawn much attention recently. Various mechanisms for droplet manipulation are based on electro wetting, thermocapillary, dielectrophoresis, and so on. However, the study of droplet evolution and movement in confined hydrophobic space, especially in minichannels, is limited. In order to explore a more detailed insight in the transport phenomena and droplet movement in micro systems, this project will experimentally and theoretically investigate the droplet evolution in minichannels with surface treatment techniques to optimize droplet formation and manipulations in mini device platforms. The dominant factors and the mechanism of the droplet spreading and movement in the minichannel will be studied, such as the physical picture of the droplet deformation, triple phase line evolution, and contact angle hysteresis. Mathematics models will be established to describe the influence mechanism to the internal flow field. To achieve the internal optimization and regulation of the droplet mixing and absorption processes, the innovative strategies of the regulate droplet dynamic process and strengthen the mass transfer process will be put forward on the base of the droplet regulation mechanism influenced by the minichannel characteristics. The rusults will obviously provide a baseline for the novel techniques development in micro- chemical engineering processes.

英文关键词: minichannel;surface wettability;droplets regulation;process intensification;mixing and absorption

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