剪切流場(chǎng)中雙重乳液形變特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、雙重乳液因其獨(dú)特的“兩膜三相”結(jié)構(gòu)，而具有物質(zhì)隔離、靶向釋放和成份掩藏等多種功能，因此，其在生物、醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。準(zhǔn)確掌握剪切流場(chǎng)中雙重乳液液滴的形變行為機(jī)理對(duì)雙重乳液流變行為的精確調(diào)控理論與技術(shù)的發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程指導(dǎo)意義。目前，雙重乳液液滴在剪切流場(chǎng)中的流變行為還未得到充分認(rèn)識(shí)，特別是剪切流場(chǎng)中雙重乳液液滴形變機(jī)理與特性尚待進(jìn)一步研究。為此，本文基于VOF(Volume of Fluid)液/液

2、相界面的追蹤方法，建立了剪切流場(chǎng)中不可壓縮雙重乳液液滴流變行為理論模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬，并搭建了剪切流場(chǎng)中雙重乳液液滴形變特性的可視化實(shí)驗(yàn)觀測(cè)平臺(tái)，對(duì)所建立的理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)，結(jié)合數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，分別研究了含單內(nèi)液滴和雙內(nèi)液滴雙重乳液在剪切流場(chǎng)中的穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)形變特性，揭示了兩種雙重乳液各自不同的形變機(jī)理，探討了無量綱剪切強(qiáng)度、內(nèi)外液滴半徑比及粘度比等工況參數(shù)對(duì)乳液液滴形變行為特性的影響，得到了以下主要研究結(jié)論:
　　

3、(1)粘性剪切力是導(dǎo)致液滴形變的主要因素，而表面張力和液滴內(nèi)粘性力則是阻礙該過程的主要因素;液滴的形變程度隨著Caout的增大而加劇，且在相同Caout下，雙重乳液內(nèi)液滴的形變程度要遠(yuǎn)小于液滴整體的形變程度。
　　(2)與單乳液液滴不同，單內(nèi)液滴雙重乳液液滴的非穩(wěn)態(tài)形變經(jīng)歷了一個(gè)拉伸-回縮往復(fù)變化的過程，在這個(gè)過程中液滴的形變系數(shù)及形變傾角經(jīng)歷了一個(gè)逐漸衰減的波動(dòng)過程直至最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)形變。
　　(3)剪切流場(chǎng)中，雙內(nèi)液滴雙重

4、乳液的形變過程與單內(nèi)液滴的雙重乳液有著明顯的區(qū)別。雙重乳液中的兩個(gè)內(nèi)液滴在剪切流所產(chǎn)生的封閉渦流的作用下相互靠攏至纏抱在一起后，隨封閉渦流做周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，外液滴的形變也會(huì)隨著內(nèi)液滴的周期性旋轉(zhuǎn)而發(fā)生相應(yīng)的周期性波動(dòng);兩個(gè)內(nèi)液滴初始位置和Caout對(duì)液滴整體形變特性和纏抱后內(nèi)液滴整體的旋轉(zhuǎn)速度有著很大影響，當(dāng)保持其他因素不變時(shí)雙內(nèi)液滴雙重乳液外液滴的形變程度隨著毛細(xì)數(shù)Caout的增加而單調(diào)增加。
　　(4)單內(nèi)液滴雙重乳液中的內(nèi)液