液—液分散雾化形成液滴的模式

基于图像采集与处理方法实验研究了水喷入非相溶油中的液液分散雾化过程.结果表明,通过改变操作条件使水破碎形成3种水滴模式:滴流、层流射流和湍流射流,揭示了其演变规律及其形成机理,获得了分散液体破碎强度、射流长度脉动和液滴粒径分布参数随雷诺数Re、韦伯数We的变化规律.随Re和We增加,分散液体破碎强度持续增强,在Re=467,We=8.6时液滴形成模式由滴流向层流射流发展,在Re=3169,We=241时演变为湍流射流,且液滴的粒径均匀性和最小平均粒径均出现在湍流射流模式下;在滴流模式下,液滴的形成、长大与脱离喷嘴均由液滴受力的平衡机制控制;在层流射流模式下,射流柱破碎形成液滴主要由两相界面的表面波扰动引起,且射流长度的脉动具有随机和非周期的特点;在湍流射流模式下,射流柱表面出现拟序涡结构,其在射流起始段失稳,在射流扩散段大量形成较小粒径的液滴.     

十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟

采用VOF模型对十字交叉微通道内微液滴的生成进行三维数值模拟,获得了拉伸挤压、滴状剪切、单分散射流等单分散微液滴的生成机制以及紊乱射流、节状形变流、管状流和滑移流等两相流型,模拟与实验结果相吻合验证了模拟的有效性。液液两相流型主要受两相流速、两相界面张力以及连续相黏度的影响,发现随着连续相的流量增大,微液滴的生成尺寸减小,生成频率增大;而离散相流量的影响则相反。两相表面张力与连续相黏度分别在低连续相Ca数和高连续相Ca数条件下分别起主导作用。在低连续相Ca数(U_d<0.03 m·s^-1)的拉伸挤压和滴状剪切流流型下,微液滴生成尺寸随着表面张力系数的减小而减小,在射流条件下反而增大,微液滴的生成频率变化则相反。在高连续相Ca数(U_d>0.03 m·s^-1)下,微液滴的生成尺寸随着连续相黏度的增大而减小,微液滴的生成频率变化则相反。另外,壁面接触角在拉伸挤压流型下对微液滴生成无太大影响,但在滴状剪切和单分散射流流型下,接触角减小会导致微液滴无法稳定生成。     

水在非相溶油中滴流雾化的界面追踪模拟

基于欧拉法和流体体积函数建立了描述相界面运动、变形、破碎等复杂变化的界面追踪模型(VOF-CSF),该模型采用了二相界面重构技术,并考虑了界面张力和接触角的影响,将水在非相溶油中滴流雾化形成液滴过程简化为二维轴对称数值模拟,模拟了层流环境中低喷射流率下液滴形成的全过程.模拟结果表明:在滴流雾化方式下,液滴形成过程由液滴...     

分散剂控制相变微液滴形成与粒径的研究

基于同轴流型微芯片制备正十七烷相变微液滴,就液滴在连续相(去离子水)和分散相(正十七烷)流速,以及分散剂种类(十二烷基硫酸钠SDS、十六烷基三甲基溴化铵CTAB、聚乙烯吡咯烷酮PVP和吐温Tween-80)和浓度影响下的形成模式和粒径变化进行研究,发现:相变微液滴的形成存在挤压、垂滴和射流三种模式;随着连续相流速的增大,液滴断裂模式从挤压转为垂滴;随着分散相流速的增大,液滴断裂模式从垂滴转为射流;形成的相变微液滴具有良好的粒径分布均匀性。除CTAB外,其余三种表面活性剂均能对相变微液滴的粒径进行调控,但只限于垂滴和射流模式,且表面活性剂在垂滴模式下的调控作用更为明显。     

水包油型乳化液油滴的管内节流破碎行为与机理

实验研究了水包油型乳化液油滴在管内节流元件处的破碎行为,分析了破碎机理. 结果表明,液滴破碎主要发生在节流元件内壁及下游附近,其概率是施于液滴上湍流应力与液滴表面能之比的递增函数,是流体韦伯数及节流元件两侧最大压差的递增函数;在湍流状态(Re>4000)下,液滴充分振荡且受到较大的水流惯性力和速度梯度剪切力,更易破碎;由苏丹红IV染色的正庚烷体系界面张力由非染色时的47 mN/m降到23.6 mN/m,黏性力对液滴破碎的影响程度下降,受流速、压差等影响的惯性力起决定性作用,液滴破碎程度更大;流速决定流体对分散相油滴的湍流剪切破碎力,流速增大则油滴粒径破裂程度加大,而流速取决于流量和节流比;注入染色正庚烷油相体积增大(0.5~5 mL),削弱了节流元件的液滴破碎作用,两相流体系倾向于形成更大直径的液滴,中位径一般为20~35 mm.     

水包油乳状液稳定性影响因素分析研究综述

管道运输是油品运输的重要方式之一,所以稠油乳状液在运输过程中的稳定性对运输效率起到决定性作用。不同类型的表面活性剂、界面张力、油水比、乳化温度、分散相粒径、化学添加剂、界面电荷等对稠油乳状液稳定性有着不同的影响,而影响水包油乳状液稳定性的主要因素是稠油乳状液分散性粒径的大小、界面张力和油水界面膜的性质。分析了平均粒径、界面张力和油水界面膜性质对水包油型稠油乳状液的稳定性影响,探究了使其稳定的机理和影响平均粒径、界面张力、油水界面膜性质的因素,并对水包油乳状液稳定性研究的发展前景进行展望。     

制备单分散含单体O/W乳液的SPG膜乳化过程

采用Shirasu多孔玻璃（SPG）膜乳化法制备了单分散含对苯二甲酰氯（TDC）单体的O/W乳液,系统地研究了SPG膜乳化过程的影响因素.实验结果表明,采用SPG膜乳化法制备单分散O/W乳液时,选择阴离子表面活性剂比考虑亲水亲油平衡（HLB）匹配更重要;增大分散相或连续相的黏度,能够改善乳液的单分散性和稳定性;随着单体浓度增加,乳液的单分散性变差,液滴的平均粒径逐渐变小.当SPG膜孔径大于1.0 μm左右时,可得到单分散的含TDC单体乳液;而当孔径小于1.0 μm左右时,水分子更容易扩散并溶解到油水界面甚至油相内部与TDC生成对苯二甲酸（TPA）,TPA积累到一定程度在油水界面上析出将膜孔堵塞,从而无法制得单分散乳液.随着乳化时间增长,乳液的平均直径逐渐变小、单分散性逐渐变差.     

基于界面反应的液滴破裂现象制备油包水型纳米乳液

报道了一种利用油水界面反应导致液滴界面失稳并破裂、从而简便可控地制备纳米级油包水型(W/O)乳液液滴并用于活性物质包载的新方法。采用氢氧化钠水溶液为分散相、含有油酸的苯甲酸苄酯溶液为连续相,通过氢氧化钠和油酸在水/油界面反应生成具有更好界面稳定性的油酸钠以降低界面张力,从而导致界面失稳使得液滴破裂,实现了对W/O纳米乳液的可控制备。利用界面张力仪验证了反应过程对液滴界面张力的影响,并用高速摄像显微系统观察研究了液滴的微观破裂过程。系统考察了分散相液滴中氢氧化钠含量、分散相液滴黏度以及连续相中油酸含量对所制得的纳米液滴粒径的影响规律。同时,通过在分散相中加入活性物质,方便地实现了活性物质在W/O纳米乳液内的有效包封。     

同轴微通道内管结构对液滴生成的影响规律研究

研究了同轴微通道内水-硅油体系的液滴生成过程。在不同的连续毛细数Ca_c和分散相Weber数We_d下,观察到滴出流和喷射流两种不同的流型。实验考察了两相流量、黏度和内管结构对液滴尺寸和液滴生成频率的影响。结果表明液滴尺寸随着分散相流量增加而增大,而随着连续相流量和黏度的增加而降低。此外,随着We_d的增加,流型会从滴出流过渡到喷射流,而更大尺寸的内管会更早过渡到喷射流,从而得到更大的液滴尺寸。对于液滴生成频率,其随Ca_c和We_d的增加均呈现先快速增加后变缓的趋势。当内管通道尺寸基本相同时,不同结构的内管通道在固定Ca_c时其液滴生成频率相差不大,且随着通道尺寸的减小,液滴生成频率逐渐增加。基于实验结果,建立了液滴尺寸预测模型,预测值与实验值吻合较好。     

在T型微通道内制备固体脂质纳米粒(SLN)的实验研究

研究了一种用T型微通道制备固体脂质纳米粒(solid lipid nanoparticles,SLN)的新方法.以softisan100(C_(10)～C_(18)的混合脂)丙酮溶液作为脂相,以Poloxamer 188水溶液为水相,用注射泵分别将脂相和水相注入T型通道的主道和支道内,两相在交叉口接触后形成明显的相界面,并继续沿主道向前流动.脂相中丙酮通过相界面迅速向水相扩散,随着流体的向前运动,脂相中脂的浓度不断增大至过饱和而形成固体脂质纳米粒(SLN).实验考察了两相流速和微通道尺寸对SLN粒径大小和粒径分布的影响.结果表明:在实验条件下,制得的SLN粒径在110～350 nm之间,多分散性指数小于0.24;T型通道交叉口的流场分布受两相相对流速的影响,并直接影响成粒规律,在不出现两相返混条件下,保持水相流速不变,SLN粒径随脂相流速增大而增大;保持脂相流速不变,粒径随水相流速的增大略有增大;通道尺寸越小所制得粒径也越小.     

乳化萃取中乳状液的重力沉降和搅拌破乳研究

乳化萃取是强化溶剂萃取的有效方法,可大大缩短反应时间、减小设备占地面积、提高萃取效率,但技术瓶颈是形成的乳状液破乳困难。采用了重力沉降和搅拌剪切法对乳化过程形成的油包水乳状液破乳,研究了2种方法的破乳机理、破乳率及破乳前后乳液微观粒径、显微镜图像的演变过程。结果表明：2种破乳方法结合可取得良好的破乳效果,破乳后两相间有明显的相界面,连续相内悬浮液滴数量急剧减少且液滴粒径显著变大,分布变窄。实验确定适宜的操作条件：搅拌速度为180 r/min、搅拌时间为5 min、静置时间为8 min,在此条件下破乳率可达到96%,临界液滴粒径为15 μm。     

界面物性对液滴聚结的影响

推导了分散相液滴运动轨迹模型和分层二相流基本流模型,并优化了计算方法。直接数值模拟结果表明：当层膜厚度和板宽变化时,流场的密度、黏度以及界面张力对界面处的液滴的作用方式不相同;黏度始终对液滴聚结产生明显的影响,而密度和界面张力对聚结的影响却因流场结构的变化而有所不同;密度、黏度及界面张力的变化使得液滴的顺时针或逆时针旋转运动更加具有倾向性。因此,密度和黏度在一定程度上可用于改善流场的聚结条件。数值模拟的结果与已知的实验结果吻合较好,而且,基本流的介入使得该模型能较好地反映液滴在分层二相流流场中的运动特性。     

十字型微通道中非定常分散相速度下液滴生成的数值分析

微液滴因其独特的流体力学特性和尺寸效应,在许多领域得到了广泛的应用。在制备微液滴时常使用蠕动泵为流体提供流动推动力。实际上,当时间尺度足够小时,蠕动泵提供的推动力是呈一定周期性变化的,这对液滴的生成来说是一种周期性的扰动。为研究周期性扰动对十字型微通道内液滴生成的影响,本文基于经过验证的模型,在分散相入口流速为时间的正弦函数条件下对液滴生成情况进行了数值模拟。模拟采用流体体积(VOF)模型,以硅油为连续相、水为分散相,首先模拟了两相流体入口流速均为0.01 m×s~(-1)的工况,得到液滴生成时间为0.08 s。导入周期分别为0.04、0.08、0.12、0.16 s以及振幅分别为0.0025、0.005、0.0075、0.01的正弦函数作为分散相入口流速,模拟不同条件下液滴的尺寸和生成时间。模拟结果表明,当正弦函数周期≤0.08 s时,改变周期和振幅对液滴尺寸和生成时间的影响较小;当正弦函数周期大于0.08 s时,液滴尺寸和生成时间会呈现周期性变化。而正弦函数的振幅对液滴的生成影响不明显,只对液滴生成达到稳定状态的时间有影响。     

油包水乳状液电脱水中水滴变形和聚并行为研究

为了研究电脱水过程中水滴的微观变形形态,基于相场法建立电场作用下油包水乳状液中水滴聚并和变形行为的数值模型,采用王亮等的实验参数以验证该模型的准确性.结果表明:在匀强电场作用下,油包水乳状液中水滴粒径越大,油水界面张力越小,电压越大,电场作用下水滴的变形度越大,且电压对液滴变形影响最大,界面张力影响最小.在该文研究条件下,最优电压大小为14 kV,最优界面张力为0.024 mN·m-1.在非匀强电场作用下,方波作用下液滴的聚并速度最快,正弦波次之,锯齿波最差,最短聚并时间为0.14 s.此外,增大液滴聚并的稳定性需要同时考虑入口流速和电场强度作用,在入口流速在0.01～0.08 m·s-1时,电场强度需要控制在440～700 V·mm-1.     

微流芯片制备粒径均一的壳聚糖-NaCS/TPP微胶囊

以壳聚糖、纤维素硫酸钠（NaCS）和三聚磷酸钠（TPP）为原料,采用十字型微流芯片制备了粒径均一的壳聚糖-NaCS/TPP微胶囊,微通道宽200 μm,高1 mm。分析了微通道内的三种流动状态、分散剂用量、壳聚糖浓度、油水两相流速等因素对壳聚糖微液滴形成的影响,确定了合适的制备条件。以2%(质量)壳聚糖醋酸水溶液为水相,液体石蜡为油相,5%(质量)Span 85为油相分散剂,水相流速5 μl·min^-1,调节油相/水相流速比为40～100,可以形成均匀的壳聚糖微液滴,粒径分布系数小于0.1。壳聚糖微液滴与1% NaCS和3% TPP的混合溶液反应,固化形成了中间空心、周边由两层膜构成的壳聚糖-NaCS/TPP微胶囊。结果表明,采用微流芯片可以有效控制液滴直径,制备粒径均一的微胶囊。     

氯化钠对包覆维生素C多重乳液的影响

以辛酸/癸酸甘油三酯(GTCC)为油相,月桂基PEG-9聚二甲基硅氧乙基聚二甲基硅氧烷为油溶性乳化剂、双亲性无规共聚物为水溶性乳化剂,两步法制备了水包油包水(W_1/O/W_2)型多重乳液,并将维生素C包覆于内水相(W_1)中,通过NaCl调节内外水相渗透压提高多重乳液稳定性。考察了NaCl加入量对相界面张力、乳液粒径及黏度的影响,通过显微镜微观拍照和乳液外观评价乳液稳定性。实验表明,W_1相添加NaCl可显著降低W_1/O界面张力,减小乳液粒径,增加乳液黏度;外水相(W_2)添加NaCl超过0.2%时,O/W_2界面张力显著增大;与NaCl相比,维生素C对降低W_1/O界面张力的能力较小。控制W_1/O/W_2乳液中内外水相NaCl含量均为0.2%,考察W_1中维生素C添加量对多重乳液微观及外观影响。当维生素C包覆量为0.75%时,多重乳液粒径均匀且外观稳定。     

影响水包油型稠油乳状液稳定性的因素分析

根据国内外近年来对稠油乳状液稳定性的研究,综述了水包油型稠油乳状液稳定性的影响因素。介绍了水包油型稠油乳状液的形成以及油水界面膜性质,油水界面膜的强度在很大程度上决定了水包油型乳状液的稳定性。其次综合分析了稠油乳状液的动态稳定性与静态稳定性,含水率、乳状液粒径分布、乳化温度、界面张力、矿化度以及化学添加剂都对水包油型稠油乳状液的稳定性存在一定的影响。最后简介了基于聚焦光束反射测量仪的乳状液粒径分布测量,为研究稠油乳状液的动态稳定性提供一定的参考价值。     

液-液两相流体黏度对微通道内流型的影响

为了研究流体黏度对液-液两相流流型的影响，采用实验和数值模拟相结合的方法,研究十字型微通道内液-液两相流流型变化。结果表明，当两相流体系中存在高黏度流体时，会加剧两相界面的不稳定性，两相流流型极易向不规则流和环状流转换，且当连续相流体黏度较高时，液滴的形状更易为子弹流。通过引入毛细数和韦伯数，提出两相流流型转换关系。当连续相流体和分散相流体分别由水平通道和垂直通道流入时，通过合理调节两相流体流速，可在微通道下游实现大小液滴的融合。这一方式将为高黏度流体流动操控提供新思路，通过控制两相流速，可以实现不依赖于复杂微通道结构的液滴被动融合。     

变截面通道内流动聚焦微液滴生成数值研究

化学分析研究的不断深入,对液滴微流控精度提出了更高的要求。设计了不同孔径尺寸的流动聚焦通道模型,模拟油-水两相流动剪切微液滴生成过程。采用Level Set方法处理两相流动界面,研究了流动聚焦模型下通道尺寸和油-水两相流量比对生成液滴尺寸的影响。研究结果对实现微液滴生成过程的精准操控具有一定的参考意义。     

撞击流内液滴碰撞后续发展行为

为了探索撞击流内液滴碰撞后续发展行为,设计搭建了由激光点光源和高速数码摄像机构成的高速数码摄像系统及气液两相撞击流实验平台。利用高速数码摄像系统记录下同轴对置气液两相撞击流中液滴碰撞导致的融合聚结或二次雾化过程,通过处理记录下的液滴运动过程图像,分析了进口液滴粒径、速度、黏度以及液滴碰撞角度等对撞击流中液滴碰撞结果的影响规律。结果表明：随着进口液滴粒径和速度的无限增大,液滴碰撞后最终发生炸裂;进口液滴黏度越小、表面张力越大、Ohnesorge数越小,液滴碰撞后越容易破碎;在本实验条件下,液滴同轴同向运动发生碰撞时,液滴碰撞后全部聚结,当液滴以一定角度发生斜碰时,碰撞后发生拉伸断裂,而当液滴同轴相向运动发生碰撞时,液滴碰撞后可能发生反射分离也可能炸裂。