微液滴在振动表面的运动及其内部流动机制的研究

用振动操控微液滴在固体表面运动具有速度快、方向可控等优点，因而在间歇式微流控芯片领域有广阔的应用前景。而目前的文献对振动液滴运动机制的研究还不够深入，尤其是对液滴内部流体流动和动量传递的信息还所知甚少。本项目以在横向振动固体表面的微升级液滴为研究对象，结合实验和计算流体力学方法考察微液滴的内部流动机制，揭示液滴的界面变形、动态接触角变化、接触线滑移等宏观行为与其内部微尺度流动和动量传递机制的关联，以明确液滴在振动表面的运动机制，建立适用的理论模型指导微流控芯片的设计。同时考察振动激发的液滴内部流动对其所含固体颗粒分布的影响。

用振动操控微液滴在固体表面运动具有速度快、方向可控等优点，液滴运动的速度、方向和距离可以通过调节振动的频率、振幅和持续时间来控制，此外，振动还可激发液滴内流体的流动，强化液滴内的传热和传质，加速液滴内的热量和物料平衡，因而在间歇式微流控芯片领域有广阔的应用前景。本项目结合实验和计算流体力学方法考察了微液滴的内部流动机制，表明在所有的振动频率下，液滴内部的主体流动均为液滴从中间向下流，从两侧向上流，形成两个较强的向上流动回路，但在不同的共振模式下的流动模式有所区别，会在两侧形成不同的小漩涡。通过实验得出随着振幅的增大，液滴主体流动的流速逐渐增大，与振幅呈近似性关系，而流速与频率的关系还有待进一步明确。