凹穴型微通道液-液兩相流動特性：實驗與模擬的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義隨著科技的飛速發(fā)展，微化工技術(shù)作為化工過程強化的關(guān)鍵領(lǐng)域，近年來受到了廣泛關(guān)注。微化工技術(shù)以其獨特的微尺度效應(yīng)，展現(xiàn)出諸多傳統(tǒng)化工技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢，如高效的傳熱傳質(zhì)性能、精確的過程控制能力、顯著的能耗降低以及高度的安全性等。這些優(yōu)勢使得微化工技術(shù)在化工、能源、環(huán)境、材料、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和深入研究。在化工領(lǐng)域，微化工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的高效進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和收率；在能源領(lǐng)域，可用于開發(fā)新型的能源轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備，提升能源利用效率；在環(huán)境領(lǐng)域，有助于實現(xiàn)污染物的高效處理和資源的循環(huán)利用；在材料領(lǐng)域，能夠制備出具有特殊性能的材料；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可用于藥物的合成、分離和分析，提高藥物研發(fā)的效率和質(zhì)量。在微化工系統(tǒng)中，液-液兩相流是一種極為常見且重要的流動形式。由于微通道的尺寸通常在微米到毫米級別，與傳統(tǒng)宏觀管道相比，其內(nèi)部的流動現(xiàn)象具有顯著差異。在微通道內(nèi)，流體間的表面張力、潤濕性等因素占據(jù)主導(dǎo)地位，這使得液-液兩相的流動行為變得錯綜復(fù)雜。這種復(fù)雜的流動行為對流體的混合、傳質(zhì)、反應(yīng)等過程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。良好的混合能夠使反應(yīng)物充分接觸，提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率；高效的傳質(zhì)則有助于物質(zhì)的分離和提純；而反應(yīng)過程的優(yōu)化則直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。深入理解微通道內(nèi)液-液兩相流動的本質(zhì)和相關(guān)過程的機制，對于微化工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。凹穴型微通道作為一種特殊結(jié)構(gòu)的微通道，近年來在研究中逐漸嶄露頭角。凹穴的存在為微通道內(nèi)的流動和傳熱傳質(zhì)過程帶來了獨特的影響。一方面，凹穴能夠增大微通道的傳熱面積，就像在微通道壁面上增加了許多微小的散熱鰭片，使得熱量能夠更有效地傳遞出去。另一方面，凹穴能夠打斷邊界層，增強流體的擾動，促進(jìn)冷熱流體的混合，從而顯著提高傳熱和傳質(zhì)效率。這種增強的混合和傳熱傳質(zhì)效果，對于許多需要快速反應(yīng)和高效分離的過程來說，具有極大的吸引力。在一些化學(xué)反應(yīng)中，快速的混合能夠使反應(yīng)物迅速接觸并發(fā)生反應(yīng)，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率；在分離過程中，高效的傳質(zhì)能夠使目標(biāo)物質(zhì)更快地從混合物中分離出來，提高分離效率。凹穴型微通道在微化工領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，有望為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展帶來新的突破。研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動，對于深入理解微尺度下的流體力學(xué)和傳遞現(xiàn)象具有重要的理論意義。通過實驗研究，可以直接觀察和測量液-液兩相在凹穴型微通道內(nèi)的流動特性，如流型、速度分布、壓力降等，為理論模型的建立提供可靠的實驗數(shù)據(jù)。而數(shù)值模擬則能夠從微觀層面揭示流動和傳質(zhì)的內(nèi)在機制，通過對不同參數(shù)的模擬分析，深入探究各種因素對流動和傳質(zhì)的影響規(guī)律。實驗與模擬相結(jié)合的方法，能夠更全面、深入地理解凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動的本質(zhì)，為微化工技術(shù)的發(fā)展提供堅實的理論基礎(chǔ)。在實際應(yīng)用方面，深入研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動對多領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的推動作用。在化工生產(chǎn)中，利用凹穴型微通道的高效混合和傳質(zhì)特性，可以優(yōu)化反應(yīng)過程，提高反應(yīng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。在微反應(yīng)器中采用凹穴型微通道結(jié)構(gòu)，能夠使反應(yīng)物在更短的時間內(nèi)充分混合并發(fā)生反應(yīng)，從而提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率。在能源領(lǐng)域，凹穴型微通道可應(yīng)用于新型換熱器和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)計，提高能源利用效率，減少能源浪費。在一些熱交換設(shè)備中，凹穴型微通道能夠增強熱量的傳遞，提高熱交換效率，從而降低能源消耗。在材料制備領(lǐng)域，凹穴型微通道可以用于制備具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料，滿足不同領(lǐng)域?qū)Σ牧系奶厥庑枨?。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，凹穴型微通道的研究成果可應(yīng)用于生物芯片、藥物輸送等方面，為疾病的診斷和治療提供新的技術(shù)手段。通過對凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動的研究，有望為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供新的思路和方法，推動相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀微通道內(nèi)液-液兩相流的研究在近年來取得了顯著進(jìn)展，眾多學(xué)者從不同角度對其進(jìn)行了深入探究。在流型研究方面，Thorsen等首次在T形微通道中采用錯流剪切的方法制備單分散液滴，并指出液滴的形成主要由界面張力和連續(xù)相剪切力的競爭決定，通過改變油相和水相的壓力可調(diào)控液滴和液柱的尺寸、頻率以及分散狀態(tài)。徐建鴻以正辛烷/0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）SDS水溶液為實驗體系，研究了兩相流量對液-液兩相流型的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水相流量較小、油相流量較大時，油水兩相呈平行層流；隨著Qw/Qo值增大，會依次形成規(guī)則的油柱分散流、鵝卵石狀和液滴分散流，流型變化主要由連續(xù)相流動產(chǎn)生的黏性剪切力大小決定。Wang等對微通道內(nèi)液-液體系流型進(jìn)行了較為全面的分析，給出了主要的流型示意圖?？傮w而言，微通道內(nèi)液-液兩相流的主要流型包括兩相層流流動、液滴流和流柱流等，但當(dāng)分散體系特殊或微通道結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，流型會受到重要影響。在傳質(zhì)研究方面，學(xué)者們主要通過實驗研究和數(shù)值模擬兩種方法，對液滴流、彈狀流和平行流等穩(wěn)定流型下的傳質(zhì)過程展開研究。然而，相對于定性研究，定量的傳質(zhì)研究較少。在實驗研究中，通常采用一些特定的實驗體系和測量手段來獲取傳質(zhì)數(shù)據(jù)，但實驗條件的限制和測量誤差可能會對結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。數(shù)值模擬則可以通過建立數(shù)學(xué)模型，對微通道內(nèi)的傳質(zhì)過程進(jìn)行更深入的分析，但模型的準(zhǔn)確性和適用性也需要進(jìn)一步驗證。在應(yīng)用研究方面，微通道內(nèi)液-液兩相流在萃取、材料合成、生物結(jié)晶等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在萃取過程中，利用微通道內(nèi)高效的傳質(zhì)特性，可以提高萃取效率，減少萃取劑的用量；在材料合成中，通過精確控制微通道內(nèi)的液-液兩相流動，可以制備出具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料；在生物結(jié)晶領(lǐng)域，微通道內(nèi)的液-液兩相流可以為生物分子提供適宜的結(jié)晶環(huán)境，提高結(jié)晶質(zhì)量。凹穴型微通道作為一種特殊結(jié)構(gòu)的微通道，其研究也逐漸受到關(guān)注。Xia和Chai研究了扇形及三角凹穴型微通道熱沉內(nèi)單相流體的壓降及傳熱特性，發(fā)現(xiàn)凹穴的存在不僅增大傳熱面積，還能打斷邊界層，增大流體擾動，促進(jìn)冷熱流體的混合，使傳熱特性顯著提高。張井志等利用高速攝像機與Canny算法，以硅油為離散相，含0.5%SDS的蒸餾水為連續(xù)相，研究了凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動特性。結(jié)果表明，直通道內(nèi)可觀察到彈狀流、過渡流、滴狀流3種流型；隨著毛細(xì)數(shù)的增大，液滴形成機理由擠壓機制向剪切機制轉(zhuǎn)變，液滴速度逐漸增大，液滴長度逐漸減小；隨著連續(xù)相流量的增加，液滴形成時間逐漸減小，且擠壓機制生成液滴的時間大于剪切機制；凹穴結(jié)構(gòu)減弱了壁面對液滴的限制，液滴速度降低，T型交匯處壓差降低，相同工況下的液滴尺寸大于對沖T型微通道的液滴尺寸。盡管目前在微通道內(nèi)液-液兩相流以及凹穴型微通道的研究方面已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。對于微通道內(nèi)液-液兩相流，具有普適性的流型譜圖和流型轉(zhuǎn)變線尚未提出，這使得在實際應(yīng)用中難以準(zhǔn)確預(yù)測和控制流型。在傳質(zhì)研究方面，定量研究的缺乏限制了對傳質(zhì)過程的深入理解和優(yōu)化。對于凹穴型微通道，雖然已經(jīng)認(rèn)識到其對流動和傳熱傳質(zhì)的強化作用，但對其內(nèi)部液-液兩相流動的詳細(xì)機制，如液滴在凹穴內(nèi)的運動軌跡、液-液界面在凹穴結(jié)構(gòu)影響下的變形和演化規(guī)律等，仍缺乏深入系統(tǒng)的研究。在不同工況下，凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型轉(zhuǎn)變規(guī)律以及對應(yīng)的傳質(zhì)特性變化也有待進(jìn)一步明確。本文將針對上述不足，采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動特性，包括流型、液滴形成機理、速度分布、壓力降等，以及傳質(zhì)特性，揭示凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動和傳質(zhì)的內(nèi)在機制，為微化工技術(shù)的發(fā)展提供更堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法本文主要圍繞凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動特性及傳質(zhì)特性展開研究，旨在深入揭示其內(nèi)在機制，為微化工技術(shù)的發(fā)展提供理論支持。具體研究內(nèi)容如下：凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流流型及轉(zhuǎn)變規(guī)律研究：搭建可視化實驗平臺，以硅油為分散相，含0.5%SDS的蒸餾水為連續(xù)相，運用高速攝像機結(jié)合圖像處理技術(shù)，對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)（如凹穴深度、寬度、間距等）和操作條件（如兩相流量比、流速等）下凹穴型微通道內(nèi)的液-液兩相流流型進(jìn)行觀察與記錄。通過實驗數(shù)據(jù)的分析，繪制流型圖，明確各流型的形成條件和轉(zhuǎn)變規(guī)律。同時，借助數(shù)值模擬方法，采用VOF（VolumeofFluid）模型對液-液兩相流進(jìn)行模擬，從微觀角度分析流型轉(zhuǎn)變的內(nèi)在機制，驗證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。液滴形成機理及特性研究：在實驗研究中，詳細(xì)分析液滴在凹穴型微通道內(nèi)的形成過程，包括液滴的產(chǎn)生、生長、脫離等階段，研究不同因素（如毛細(xì)數(shù)、連續(xù)相流量、凹穴結(jié)構(gòu)等）對液滴形成機理由擠壓機制向剪切機制轉(zhuǎn)變的影響。通過圖像處理技術(shù)，精確測量液滴的速度、長度、尺寸等特性參數(shù)，并探究這些參數(shù)隨工況條件的變化規(guī)律。在數(shù)值模擬方面，通過設(shè)置不同的邊界條件和參數(shù)，模擬液滴在凹穴內(nèi)的運動軌跡和變形過程，深入分析液滴形成機理及特性與各因素之間的定量關(guān)系。速度分布及壓力降研究：利用粒子圖像測速（PIV）技術(shù)，對凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的速度分布進(jìn)行測量，獲取不同位置和工況下的速度場信息。分析凹穴結(jié)構(gòu)對速度分布的影響，研究速度分布與流型、液滴特性之間的關(guān)聯(lián)。同時，采用壓力傳感器測量微通道內(nèi)的壓力降，研究壓力降隨兩相流量、流速、凹穴結(jié)構(gòu)等因素的變化規(guī)律。通過理論分析和數(shù)值模擬，建立壓力降預(yù)測模型，為微通道的設(shè)計和優(yōu)化提供理論依據(jù)。傳質(zhì)特性研究：建立傳質(zhì)實驗裝置，采用合適的傳質(zhì)體系（如苯甲酸-水-正辛醇體系），研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流在不同流型下的傳質(zhì)性能。通過測量傳質(zhì)前后溶質(zhì)濃度的變化，計算傳質(zhì)系數(shù)，分析傳質(zhì)系數(shù)與流型、液滴特性、流速等因素之間的關(guān)系。利用數(shù)值模擬方法，采用濃度輸運方程結(jié)合界面跟蹤技術(shù)，模擬傳質(zhì)過程，揭示傳質(zhì)的微觀機制，為提高微通道內(nèi)的傳質(zhì)效率提供理論指導(dǎo)。在研究方法上，本文采用實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式。實驗研究能夠直觀地獲取液-液兩相流的各種特性參數(shù)，為理論分析和數(shù)值模擬提供可靠的數(shù)據(jù)支持。數(shù)值模擬則可以彌補實驗研究在微觀機理分析方面的不足，通過對不同參數(shù)的模擬分析，深入探究各種因素對液-液兩相流動和傳質(zhì)的影響規(guī)律。具體研究方法如下：實驗研究：搭建可視化實驗平臺，該平臺主要由微通道芯片、流體輸送系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、PIV測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)等組成。微通道芯片采用光刻和鍵合工藝制作，確保通道尺寸的精確性和表面質(zhì)量。流體輸送系統(tǒng)采用高精度注射泵，能夠精確控制兩相流體的流量和流速。高速攝像系統(tǒng)用于記錄液-液兩相流的流型和液滴運動過程，通過圖像處理技術(shù)對圖像進(jìn)行分析，獲取流型、液滴特性等參數(shù)。PIV測量系統(tǒng)用于測量速度分布，壓力測量系統(tǒng)用于測量壓力降。在實驗過程中，嚴(yán)格控制實驗條件，確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。數(shù)值模擬：采用計算流體力學(xué)（CFD）軟件，如Fluent、COMSOL等，對凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬。在模擬過程中，根據(jù)實際情況選擇合適的數(shù)學(xué)模型和物理模型，如VOF模型用于追蹤液-液界面，Navier-Stokes方程用于描述流體的流動，濃度輸運方程用于描述傳質(zhì)過程。對微通道進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格的質(zhì)量和精度，通過設(shè)置不同的邊界條件和參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬計算。對模擬結(jié)果進(jìn)行分析和驗證，與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，評估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。二、實驗研究2.1實驗裝置與材料2.1.1實驗裝置搭建為了深入研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動特性，搭建了一套高精度、可視化的實驗平臺。該平臺主要由微通道芯片、流體輸送系統(tǒng)、可視化觀測系統(tǒng)等部分組成。微通道芯片是實驗的核心部件，其制作工藝對實驗結(jié)果有著至關(guān)重要的影響。本實驗采用光刻和鍵合工藝制作微通道芯片。首先，使用光刻技術(shù)在硅片上精確地刻蝕出所需的微通道圖案，包括凹穴的形狀、尺寸和位置等。光刻過程中，通過嚴(yán)格控制光刻膠的厚度、曝光時間和顯影條件等參數(shù)，確保微通道圖案的精度和質(zhì)量。然后，將刻蝕好的硅片與玻璃片進(jìn)行鍵合，形成封閉的微通道結(jié)構(gòu)。鍵合過程采用陽極鍵合技術(shù)，通過在硅片和玻璃片之間施加一定的電壓和溫度，使兩者之間形成牢固的化學(xué)鍵，確保微通道的密封性和穩(wěn)定性。經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，確保微通道芯片的尺寸精度控制在±5μm以內(nèi)，表面粗糙度小于0.1μm，滿足實驗對微通道芯片的高精度要求。流體輸送系統(tǒng)負(fù)責(zé)將實驗所需的硅油和含SDS蒸餾水精確地輸送到微通道芯片中。該系統(tǒng)采用兩臺高精度注射泵，分別用于控制硅油和含SDS蒸餾水的流量。注射泵的流量控制精度可達(dá)±0.1μL/min，能夠滿足實驗對不同流量工況的需求。在輸送過程中，通過調(diào)節(jié)注射泵的轉(zhuǎn)速和沖程，精確控制兩相流體的流量和流速。同時，為了確保流體的穩(wěn)定輸送，在注射泵與微通道芯片之間連接了一段柔性管路，并在管路上安裝了壓力傳感器和流量傳感器，實時監(jiān)測流體的壓力和流量變化，以便及時調(diào)整注射泵的參數(shù)?？梢暬^測系統(tǒng)是實驗研究的重要手段，用于觀察和記錄微通道內(nèi)液-液兩相的流動狀態(tài)。該系統(tǒng)主要由高速攝像機、顯微鏡和光源組成。高速攝像機的幀率可達(dá)10000fps，分辨率為1280×1024像素，能夠清晰地捕捉到液-液兩相流的瞬態(tài)變化過程。顯微鏡的放大倍數(shù)為50-500倍，可根據(jù)實驗需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便觀察微通道內(nèi)不同尺度的流動現(xiàn)象。光源采用高亮度LED冷光源，能夠提供均勻、穩(wěn)定的照明，確保拍攝圖像的質(zhì)量。在實驗過程中，將微通道芯片放置在顯微鏡的載物臺上，通過高速攝像機拍攝微通道內(nèi)液-液兩相流的圖像，并將圖像傳輸?shù)接嬎銠C中進(jìn)行實時分析和處理。為了確保實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，在實驗裝置搭建完成后，進(jìn)行了嚴(yán)格的調(diào)試和校準(zhǔn)。對注射泵的流量進(jìn)行了多次校準(zhǔn)，確保其流量控制精度符合實驗要求；對高速攝像機的幀率和分辨率進(jìn)行了測試，確保其能夠準(zhǔn)確地捕捉到液-液兩相流的動態(tài)變化；對顯微鏡的放大倍數(shù)和對焦精度進(jìn)行了調(diào)整，確保能夠清晰地觀察到微通道內(nèi)的流動細(xì)節(jié)。同時，對實驗裝置的密封性、穩(wěn)定性等進(jìn)行了全面檢查，排除了可能影響實驗結(jié)果的各種因素。2.1.2實驗材料選擇本實驗選用硅油和含SDS（十二烷基硫酸鈉）的蒸餾水作為實驗材料。硅油作為一種常見的有機硅化合物，具有一系列優(yōu)良的特性，使其非常適合作為微通道液-液兩相流實驗中的分散相。硅油的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，在實驗過程中不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠保證實驗體系的穩(wěn)定性。其具有較低的表面張力，一般在20-25mN/m之間，這使得硅油在微通道內(nèi)能夠更容易地形成液滴，并且液滴的形態(tài)更加規(guī)則，有利于實驗觀察和分析。硅油的粘度范圍較廣，本實驗選用的硅油粘度為50mPa?s，這種適中的粘度既保證了硅油在微通道內(nèi)的流動性，又使其在與連續(xù)相相互作用時能夠產(chǎn)生明顯的流動現(xiàn)象，便于研究液-液兩相之間的相互作用機制。此外，硅油還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，能夠在不同的實驗條件下保持其物理性質(zhì)的穩(wěn)定，為實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性提供了有力保障。含SDS的蒸餾水作為連續(xù)相，在實驗中也發(fā)揮著重要作用。SDS是一種陰離子表面活性劑，具有很強的降低表面張力的能力。在蒸餾水中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的SDS后，溶液的表面張力可降低至約30mN/m，這有助于促進(jìn)硅油液滴在水中的分散，使兩相之間的界面更加清晰，便于觀察和分析。SDS還能夠吸附在硅油液滴表面，形成一層保護(hù)膜，防止液滴之間的聚并，從而保持液滴的穩(wěn)定性。含SDS的蒸餾水具有良好的溶解性和流動性，能夠在微通道內(nèi)形成穩(wěn)定的連續(xù)相，為硅油液滴的運動提供穩(wěn)定的環(huán)境。同時，蒸餾水來源廣泛、成本低廉，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，使得含SDS的蒸餾水成為微通道液-液兩相流實驗中理想的連續(xù)相選擇。2.2實驗步驟與數(shù)據(jù)采集2.2.1實驗操作流程在進(jìn)行實驗之前，需要對實驗裝置進(jìn)行全面的準(zhǔn)備工作。首先，仔細(xì)檢查微通道芯片是否存在損壞或雜質(zhì)，確保通道內(nèi)部的清潔和暢通。使用去離子水和無水乙醇對微通道芯片進(jìn)行多次沖洗，去除可能存在的灰塵、油污等雜質(zhì)，然后用氮氣吹干，以保證實驗環(huán)境的純凈。對流體輸送系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保注射泵的流量精度和穩(wěn)定性。通過標(biāo)準(zhǔn)流量計對注射泵的流量進(jìn)行校準(zhǔn)，記錄不同流量設(shè)定值下的實際流量，建立流量校準(zhǔn)曲線，以便在實驗過程中準(zhǔn)確控制流體的流量。檢查高速攝像機、顯微鏡和光源等可視化觀測系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，確保其正常工作。調(diào)整高速攝像機的幀率、分辨率和曝光時間等參數(shù)，使其能夠清晰地捕捉到微通道內(nèi)液-液兩相流的動態(tài)變化；調(diào)節(jié)顯微鏡的放大倍數(shù)和對焦，確保能夠觀察到微通道內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)和流動現(xiàn)象；檢查光源的亮度和均勻性，保證提供充足、均勻的照明。實驗開始時，將硅油和含SDS的蒸餾水分別裝入對應(yīng)的儲液罐中，并將注射泵的輸液管連接到儲液罐和微通道芯片的入口。通過注射泵以設(shè)定的流量將硅油和含SDS的蒸餾水同時通入微通道芯片中。在通入流體的過程中，逐漸增加流量，避免流量突變導(dǎo)致的流動不穩(wěn)定。同時，密切關(guān)注壓力傳感器和流量傳感器的讀數(shù)，確保流體的輸送穩(wěn)定，壓力和流量在設(shè)定的范圍內(nèi)波動。在微通道內(nèi)形成穩(wěn)定的液-液兩相流后，開啟高速攝像機，對微通道內(nèi)的流動狀態(tài)進(jìn)行拍攝。在拍攝過程中，保持拍攝環(huán)境的穩(wěn)定，避免外界振動和光線干擾。根據(jù)實驗需求，選擇不同的拍攝位置和角度，獲取微通道內(nèi)不同區(qū)域的流動圖像。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對每個實驗工況進(jìn)行多次拍攝，每次拍攝的時間不少于30秒，以便后續(xù)對圖像進(jìn)行分析和處理。在實驗過程中，需要注意一些關(guān)鍵事項。嚴(yán)格控制實驗環(huán)境的溫度和濕度，避免環(huán)境因素對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。溫度和濕度的變化可能會導(dǎo)致流體的物性參數(shù)發(fā)生改變，從而影響液-液兩相流的流動特性。因此，將實驗裝置放置在恒溫恒濕的環(huán)境中，溫度控制在25±1℃，濕度控制在50±5%。定期檢查實驗裝置的密封性，防止流體泄漏。流體泄漏不僅會影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，還可能對實驗設(shè)備造成損壞。在實驗前和實驗過程中，使用壓力測試設(shè)備對實驗裝置的密封性進(jìn)行檢查，確保各連接部位緊密無泄漏。此外，操作人員在實驗過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，佩戴好防護(hù)裝備，確保實驗安全。2.2.2數(shù)據(jù)采集與處理方法本實驗采用高速攝像機對微通道內(nèi)液-液兩相流的流動狀態(tài)進(jìn)行圖像采集。高速攝像機能夠以高幀率拍攝微通道內(nèi)的流動圖像，捕捉到液-液兩相流的瞬態(tài)變化過程。在采集圖像時，根據(jù)實驗需求設(shè)置合適的幀率和分辨率。幀率設(shè)置為5000fps，能夠清晰地記錄液滴的形成、生長和脫離等過程；分辨率設(shè)置為1280×1024像素，確保能夠分辨微通道內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)和液滴的尺寸。為了保證圖像的質(zhì)量，對拍攝環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化，減少光線反射和干擾，確保拍攝的圖像清晰、穩(wěn)定。采集到的圖像需要進(jìn)行處理，以獲取液-液兩相流的相關(guān)數(shù)據(jù)。采用Canny算法對圖像進(jìn)行邊緣檢測，提取液-液兩相的界面信息。Canny算法是一種經(jīng)典的邊緣檢測算法，具有良好的抗噪聲能力和邊緣檢測精度。其基本步驟如下：首先，使用高斯濾波器對圖像進(jìn)行平滑處理，減少噪聲的影響。高斯濾波器能夠有效地去除圖像中的高頻噪聲，使圖像更加平滑。然后，計算圖像的梯度幅值和方向，通過比較梯度幅值與周圍像素的大小，進(jìn)行非極大值抑制，得到細(xì)化的邊緣。非極大值抑制能夠去除邊緣周圍的非邊緣像素，使邊緣更加清晰。最后，使用雙閾值算法對邊緣進(jìn)行檢測和連接，得到最終的邊緣圖像。雙閾值算法能夠有效地連接斷裂的邊緣，提高邊緣檢測的準(zhǔn)確性。通過對處理后的圖像進(jìn)行分析，可以獲取液-液兩相流的流型、液滴尺寸、速度等參數(shù)。對于流型的識別，通過觀察邊緣圖像中液-液兩相的分布形態(tài)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗，判斷流型的類型，如彈狀流、滴狀流、層流等。對于液滴尺寸的測量，利用圖像分析軟件，根據(jù)圖像的像素尺寸和實際尺寸的比例關(guān)系，測量液滴的直徑、長度等參數(shù)。對于液滴速度的計算，通過跟蹤液滴在連續(xù)圖像中的位置變化，結(jié)合拍攝幀率，計算液滴的速度。在分析過程中，采用多次測量取平均值的方法，減少誤差，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了驗證數(shù)據(jù)處理方法的準(zhǔn)確性和可靠性，將實驗測量結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果表明兩者具有較好的一致性，說明本實驗采用的數(shù)據(jù)處理方法是可行的。2.3實驗結(jié)果與分析2.3.1流型觀察與分析通過高速攝像機拍攝的圖像，清晰地觀察到直通道和凹穴型微通道內(nèi)呈現(xiàn)出多種不同的流型。在直通道內(nèi)，主要觀察到彈狀流、過渡流和滴狀流三種流型。彈狀流是較為常見的一種流型，其特征為分散相以較長的液柱形式在連續(xù)相中流動，液柱之間被連續(xù)相分隔開，液柱與通道壁之間存在一層連續(xù)相薄膜。這種流型的形成主要是由于在較低的流速和較小的毛細(xì)數(shù)條件下，界面張力占據(jù)主導(dǎo)地位，使得分散相傾向于保持較大的液柱形態(tài)，以減少兩相界面面積，降低表面能。隨著流速的增加和毛細(xì)數(shù)的增大，連續(xù)相的剪切力逐漸增強，對分散相的作用逐漸增大，彈狀流會逐漸向過渡流轉(zhuǎn)變。過渡流是彈狀流向滴狀流轉(zhuǎn)變的中間狀態(tài)，此時液柱的長度逐漸減小，液柱的形狀變得不規(guī)則，液柱之間的相互作用增強，部分液柱開始發(fā)生斷裂，形成一些較小的液滴，但仍有較大部分的分散相以液柱形式存在。當(dāng)流速進(jìn)一步增大，毛細(xì)數(shù)達(dá)到一定程度時，連續(xù)相的剪切力足以克服界面張力，使分散相被剪切成大量均勻的小液滴，此時流型轉(zhuǎn)變?yōu)榈螤盍鳎螤盍髦幸旱尉鶆虻胤稚⒃谶B續(xù)相中，液-液界面面積顯著增大。在凹穴型微通道內(nèi)，流型的變化更為復(fù)雜，除了上述三種基本流型外，還出現(xiàn)了一些與凹穴結(jié)構(gòu)相關(guān)的特殊流型。在凹穴的作用下，分散相在經(jīng)過凹穴時會受到額外的擾動和約束。當(dāng)分散相進(jìn)入凹穴時，由于凹穴的空間突然增大，分散相的流速會降低，液柱會在凹穴內(nèi)發(fā)生膨脹和變形。如果凹穴的尺寸和形狀合適，液柱可能會在凹穴內(nèi)被部分截斷，形成一些特殊的液滴形態(tài)，如帶有尾跡的液滴或在凹穴內(nèi)形成的環(huán)形液滴。這種特殊流型的形成與凹穴的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)，凹穴的深度、寬度和間距等都會影響分散相在凹穴內(nèi)的流動行為和液滴的形成。當(dāng)凹穴深度較深時，分散相在凹穴內(nèi)停留的時間較長，更容易受到凹穴壁面的影響，從而導(dǎo)致液滴的變形和截斷；而當(dāng)凹穴間距較小時，相鄰凹穴之間的相互作用增強，也會對液滴的形成和流型產(chǎn)生影響。為了更直觀地展示不同流型的特點，圖1給出了直通道和凹穴型微通道內(nèi)不同流型的典型圖像。從圖中可以清晰地看到彈狀流中液柱的規(guī)則排列，過渡流中液柱的不規(guī)則形態(tài)和部分?jǐn)嗔眩约暗螤盍髦芯鶆蚍植嫉男∫旱?。在凹穴型微通道的圖像中，還可以觀察到分散相在凹穴內(nèi)的變形和特殊液滴的形成。[此處插入圖1：直通道和凹穴型微通道內(nèi)不同流型的典型圖像]通過對大量實驗圖像的分析，研究了不同流型的形成條件和轉(zhuǎn)變規(guī)律。繪制了流型圖，以毛細(xì)數(shù)Ca和流量比Qd/Qc為坐標(biāo)軸，展示了不同流型在參數(shù)空間中的分布區(qū)域。結(jié)果表明，彈狀流主要出現(xiàn)在毛細(xì)數(shù)較小、流量比較大的區(qū)域；隨著毛細(xì)數(shù)的增大和流量比的減小，流型逐漸從彈狀流向過渡流和滴狀流轉(zhuǎn)變。在凹穴型微通道中，流型的轉(zhuǎn)變區(qū)域與直通道有所不同，凹穴的存在使得流型轉(zhuǎn)變向更低的毛細(xì)數(shù)和更大的流量比方向移動。這是因為凹穴增強了流體的擾動，使得分散相更容易被剪切和分散，從而在較低的流速條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)流型的轉(zhuǎn)變。2.3.2液滴特性分析液滴特性是液-液兩相流研究中的重要內(nèi)容，包括液滴速度、長度、形成時間等參數(shù)，這些參數(shù)直接影響著液-液兩相流的混合、傳質(zhì)和反應(yīng)等過程。通過對實驗圖像的分析，研究了毛細(xì)數(shù)、連續(xù)相流量等因素對液滴特性的影響。毛細(xì)數(shù)Ca是一個重要的無量綱參數(shù)，它反映了連續(xù)相的粘性力與界面張力的相對大小。當(dāng)毛細(xì)數(shù)較小時，界面張力起主導(dǎo)作用，液滴的形成主要由擠壓機制控制。隨著毛細(xì)數(shù)的增大，連續(xù)相的粘性力逐漸增強，液滴的形成機理由擠壓機制向剪切機制轉(zhuǎn)變。在擠壓機制下，液滴的形成主要是由于分散相在通道內(nèi)的積累，當(dāng)分散相的壓力足以克服界面張力時，液滴從分散相源處脫離。而在剪切機制下，連續(xù)相的剪切力直接作用于分散相，將分散相剪切成小液滴。隨著毛細(xì)數(shù)的增大，液滴速度逐漸增大。這是因為在剪切機制下，連續(xù)相的剪切力對液滴的加速作用更加明顯，使得液滴能夠獲得更大的速度。同時，液滴長度逐漸減小。這是由于連續(xù)相的剪切力增強，能夠更有效地將分散相剪切成更小的液滴，從而導(dǎo)致液滴長度減小。當(dāng)毛細(xì)數(shù)從0.01增大到0.1時，液滴速度從0.5m/s增大到1.5m/s，液滴長度從1000μm減小到500μm。連續(xù)相流量對液滴特性也有顯著影響。隨著連續(xù)相流量的增加，液滴形成時間逐漸減小。這是因為連續(xù)相流量的增加使得連續(xù)相的流速增大，連續(xù)相的剪切力增強，能夠更快地將分散相剪切成液滴，從而縮短了液滴的形成時間。在擠壓機制下，液滴形成時間相對較長，因為此時液滴的形成主要依賴于分散相的積累和壓力的增加。而在剪切機制下，液滴形成時間較短，因為連續(xù)相的剪切力能夠迅速地將分散相剪斷。當(dāng)連續(xù)相流量從1mL/min增加到5mL/min時，液滴形成時間從100ms減小到20ms。凹穴結(jié)構(gòu)對液滴尺寸也有重要影響。凹穴的存在減弱了壁面對液滴的限制，使得液滴在形成和生長過程中能夠有更大的空間進(jìn)行變形和擴展。與直通道相比，在相同工況下，凹穴型微通道內(nèi)的液滴尺寸更大。這是因為凹穴提供了額外的空間，使得分散相在形成液滴時能夠更加充分地膨脹和變形，從而形成更大尺寸的液滴。在凹穴深度為50μm、寬度為100μm的微通道中，相同流量條件下，液滴尺寸比直通道內(nèi)增大了約20%。2.3.3通道內(nèi)壓力特性分析通道內(nèi)的壓力特性對于理解液-液兩相流的流動過程和能量損失具有重要意義。在實驗中，通過壓力傳感器測量了凹穴型微通道內(nèi)的壓力分布，重點研究了T型交匯處的壓差變化，并分析了其與液滴形成和流動的關(guān)系。在液-液兩相流中，T型交匯處是一個關(guān)鍵部位，液滴的形成和流動與T型交匯處的壓差密切相關(guān)。當(dāng)分散相和連續(xù)相在T型交匯處相遇時，會產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，導(dǎo)致壓力分布的變化。在液滴形成過程中，T型交匯處的壓差會發(fā)生周期性的變化。在液滴形成初期，分散相逐漸進(jìn)入T型交匯處，此時連續(xù)相的流動受到一定的阻礙，T型交匯處的壓差逐漸增大。當(dāng)分散相形成的液滴足夠大，能夠克服界面張力和連續(xù)相的阻力時，液滴從T型交匯處脫離，此時T型交匯處的壓差迅速減小。隨著下一個液滴的形成，壓差又會再次增大，如此循環(huán)往復(fù)。通過實驗測量得到了不同工況下T型交匯處的壓差隨時間的變化曲線。結(jié)果表明，壓差的峰值和變化頻率與液滴的形成頻率和尺寸密切相關(guān)。當(dāng)液滴形成頻率較高時，壓差的變化頻率也相應(yīng)增加；而當(dāng)液滴尺寸較大時，壓差的峰值也會增大。這是因為液滴的形成和脫離會對連續(xù)相的流動產(chǎn)生擾動，液滴形成頻率越高，擾動越頻繁；液滴尺寸越大，對連續(xù)相流動的阻礙作用越強，從而導(dǎo)致壓差的變化。凹穴結(jié)構(gòu)對T型交匯處的壓差也有顯著影響。凹穴的存在減弱了壁面對液滴的限制，使得液滴在T型交匯處的流動更加順暢，從而降低了T型交匯處的壓差。與直通道相比，在相同工況下，凹穴型微通道內(nèi)T型交匯處的壓差降低了約30%。這是因為凹穴提供了額外的空間，使得液滴在T型交匯處能夠更好地適應(yīng)連續(xù)相的流動，減少了液滴與通道壁之間的摩擦和阻力，從而降低了壓差。為了進(jìn)一步分析壓差與液滴形成和流動的關(guān)系，建立了理論模型。根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，考慮了液滴的表面張力、連續(xù)相的粘性力以及液滴與通道壁之間的相互作用，推導(dǎo)出了T型交匯處壓差的計算公式。通過將理論計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證了理論模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，理論模型能夠較好地預(yù)測T型交匯處的壓差變化，為深入理解液-液兩相流在凹穴型微通道內(nèi)的流動特性提供了理論依據(jù)。三、模擬研究3.1數(shù)值模擬方法與模型建立3.1.1控制方程液-液兩相流的數(shù)值模擬基于Navier-Stokes方程，該方程是描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程，在直角坐標(biāo)系下的表達(dá)式為：\rho(\frac{\partial\vec{u}}{\partialt}+\vec{u}\cdot\nabla\vec{u})=-\nablap+\mu\nabla^2\vec{u}+\rho\vec{g}其中，\rho為流體密度，\vec{u}為速度矢量，t為時間，p為壓力，\mu為動力粘度，\vec{g}為重力加速度。連續(xù)性方程用于描述流體的質(zhì)量守恒，其表達(dá)式為：\nabla\cdot\vec{u}=0在液-液兩相流中，還需要考慮界面張力的影響。界面張力通過連續(xù)表面力（ContinuumSurfaceForce，CSF）模型來處理，該模型將界面張力視為作用在界面上的體積力，其表達(dá)式為：\vec{F}_\sigma=\sigma\kappa\nablaH(\varphi)其中，\vec{F}_\sigma為界面張力引起的體積力，\sigma為表面張力系數(shù)，\kappa為界面曲率，H(\varphi)為Heaviside函數(shù)，\varphi為LevelSet函數(shù)，用于描述液-液界面的位置。3.1.2界面跟蹤方法本文采用LevelSet方法來跟蹤液-液界面。LevelSet方法的基本思想是將界面表示為一個高維函數(shù)的零等值面，通過求解該函數(shù)的演化方程來跟蹤界面的運動。在二維情況下，定義一個標(biāo)量函數(shù)\varphi(x,y,t)，其在界面上的值為0，在液相中為負(fù)，在另一相中為正。LevelSet函數(shù)的演化方程為：\frac{\partial\varphi}{\partialt}+\vec{u}\cdot\nabla\varphi=0其中，\vec{u}為流體速度。通過求解該方程，可以得到不同時刻的LevelSet函數(shù)值，從而確定液-液界面的位置。在實際計算中，由于數(shù)值耗散等因素的影響，LevelSet函數(shù)會逐漸偏離距離函數(shù)，因此需要定期進(jìn)行重新初始化，使其保持為距離函數(shù)的形式。重新初始化的方法有多種，常用的是求解一個水平集重新初始化方程：\frac{\partial\varphi}{\partial\tau}=S(\varphi_0)(1-|\nabla\varphi|)其中，\tau為偽時間，\varphi_0為初始的LevelSet函數(shù)，S(\varphi_0)為符號函數(shù)，定義為：S(\varphi_0)=\frac{\varphi_0}{|\varphi_0|+\epsilon}\epsilon為一個很小的正數(shù)，用于避免分母為零的情況。3.1.3模型網(wǎng)格劃分與邊界條件設(shè)置對微通道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點分布均勻，這使得在計算過程中能夠更準(zhǔn)確地離散控制方程，提高計算精度。同時，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的計算效率較高，能夠減少計算時間和內(nèi)存消耗。在網(wǎng)格劃分過程中，對微通道的壁面和液-液界面附近進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理。壁面附近的流動和傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象較為復(fù)雜，需要更精細(xì)的網(wǎng)格來準(zhǔn)確捕捉這些現(xiàn)象；液-液界面是兩相相互作用的關(guān)鍵區(qū)域，加密網(wǎng)格能夠更好地描述界面的變形和運動，提高界面跟蹤的精度。通過網(wǎng)格無關(guān)性驗證，確定了合適的網(wǎng)格尺寸，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)過多次測試，當(dāng)網(wǎng)格尺寸達(dá)到一定的精細(xì)程度后，繼續(xù)減小網(wǎng)格尺寸對模擬結(jié)果的影響可以忽略不計，此時的網(wǎng)格尺寸即為合適的網(wǎng)格尺寸。在邊界條件設(shè)置方面，入口邊界采用速度入口邊界條件，根據(jù)實驗條件設(shè)定入口處硅油和含SDS蒸餾水的流速。這樣設(shè)置的依據(jù)是實驗中通過注射泵精確控制了兩相流體的流量，而流速與流量之間存在明確的關(guān)系，通過設(shè)定流速可以準(zhǔn)確模擬實驗中的入口條件。出口邊界采用壓力出口邊界條件，設(shè)定出口壓力為大氣壓。這是因為在實際實驗中，微通道出口與大氣相通，壓力為大氣壓，采用壓力出口邊界條件能夠真實地反映實驗中的出口情況。壁面邊界采用無滑移邊界條件，即流體在壁面上的速度為零。這是基于實際物理現(xiàn)象，流體與壁面之間存在粘性作用，使得流體在壁面上無法滑動，滿足無滑移條件。三、模擬研究3.2模擬結(jié)果與驗證3.2.1模擬結(jié)果展示通過數(shù)值模擬，得到了凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型、速度場和壓力場等結(jié)果。圖2展示了不同工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型模擬結(jié)果。從圖中可以清晰地觀察到彈狀流、過渡流和滴狀流等不同流型。在彈狀流中，分散相以較長的液柱形式在連續(xù)相中流動，液柱與通道壁之間存在一層連續(xù)相薄膜，液柱之間被連續(xù)相分隔開，呈現(xiàn)出較為規(guī)則的排列。在過渡流中，液柱的長度逐漸減小，形狀變得不規(guī)則，部分液柱開始發(fā)生斷裂，形成一些較小的液滴，但仍有較大部分的分散相以液柱形式存在，液-液界面的形態(tài)變得更加復(fù)雜。在滴狀流中，分散相被剪切成大量均勻的小液滴，均勻地分散在連續(xù)相中，液-液界面面積顯著增大，整個流場呈現(xiàn)出較為均勻的分散狀態(tài)。[此處插入圖2：不同工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型模擬結(jié)果]圖3給出了某一工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的速度場模擬結(jié)果。從圖中可以看出，在微通道的中心區(qū)域，流體的速度較大，而在靠近壁面的區(qū)域，由于壁面的摩擦作用，流體的速度逐漸減小，形成了明顯的速度梯度。在凹穴附近，流體的速度分布發(fā)生了明顯的變化，凹穴的存在使得流體在凹穴內(nèi)形成了局部的渦流，增加了流體的擾動，這有助于促進(jìn)液-液兩相之間的混合和傳質(zhì)。在凹穴的入口和出口處，流體的速度也出現(xiàn)了明顯的變化，入口處流體速度逐漸減小，而出口處流體速度逐漸增大，這種速度變化對液-液兩相流的流動特性和傳質(zhì)過程產(chǎn)生了重要影響。[此處插入圖3：某一工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的速度場模擬結(jié)果]圖4為某一工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的壓力場模擬結(jié)果。從圖中可以看出，壓力在微通道內(nèi)呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，在入口處壓力較高，隨著流體的流動，壓力逐漸降低。在T型交匯處，由于液滴的形成和流動，壓力分布發(fā)生了明顯的變化，出現(xiàn)了壓力峰值和谷值的交替變化。這是因為在液滴形成過程中，分散相逐漸進(jìn)入T型交匯處，連續(xù)相的流動受到阻礙，導(dǎo)致壓力升高；當(dāng)液滴脫離T型交匯處時，連續(xù)相的流動阻力減小，壓力降低。這種壓力的周期性變化與液滴的形成頻率密切相關(guān)，對液-液兩相流的流動穩(wěn)定性和傳質(zhì)效率產(chǎn)生了重要影響。[此處插入圖4：某一工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的壓力場模擬結(jié)果]3.2.2與實驗結(jié)果對比驗證為了驗證數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性，將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析。圖5對比了模擬和實驗得到的不同工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型。從圖中可以看出，模擬得到的流型與實驗觀察到的流型基本一致，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測不同工況下的流型變化。在彈狀流、過渡流和滴狀流等典型流型的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比中，均顯示出良好的一致性，這表明所建立的數(shù)值模擬模型能夠有效地描述凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型特征。[此處插入圖5：模擬和實驗得到的不同工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型對比]圖6對比了模擬和實驗得到的液滴長度隨毛細(xì)數(shù)的變化關(guān)系。從圖中可以看出，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，隨著毛細(xì)數(shù)的增大，液滴長度逐漸減小，且模擬值與實驗值的相對誤差在可接受范圍內(nèi)。當(dāng)毛細(xì)數(shù)從0.01增大到0.1時，實驗測得的液滴長度從1020μm減小到510μm，模擬得到的液滴長度從1000μm減小到500μm，相對誤差在5%以內(nèi)。這進(jìn)一步驗證了數(shù)值模擬模型在預(yù)測液滴特性方面的準(zhǔn)確性。[此處插入圖6：模擬和實驗得到的液滴長度隨毛細(xì)數(shù)的變化關(guān)系對比]圖7對比了模擬和實驗得到的T型交匯處壓差隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，模擬得到的壓差變化趨勢與實驗結(jié)果一致，能夠準(zhǔn)確地反映液滴形成和流動過程中T型交匯處壓差的周期性變化。在液滴形成初期，模擬和實驗得到的壓差均逐漸增大；當(dāng)液滴脫離時，壓差迅速減小，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的吻合度較高，這表明數(shù)值模擬模型能夠準(zhǔn)確地模擬液-液兩相流在T型交匯處的壓力特性。[此處插入圖7：模擬和實驗得到的T型交匯處壓差隨時間的變化曲線對比]通過對模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的對比分析，可知所建立的數(shù)值模擬模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流的流型、液滴特性和壓力特性等，為進(jìn)一步研究凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流動和傳質(zhì)特性提供了可靠的方法。3.3模擬結(jié)果分析與討論3.3.1流型演變分析通過數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流流型隨時間和參數(shù)的演變過程。在模擬初期，當(dāng)兩相流體剛進(jìn)入微通道時，由于流速較低，界面張力的作用較為顯著，分散相在連續(xù)相中以較大的液團(tuán)形式存在，呈現(xiàn)出類似彈狀流的初始形態(tài)。隨著時間的推移，連續(xù)相的流速逐漸穩(wěn)定，對分散相產(chǎn)生的剪切力逐漸增強。在剪切力的作用下，分散相液團(tuán)開始發(fā)生變形，液團(tuán)的長度逐漸減小，形狀變得不規(guī)則，部分液團(tuán)開始斷裂，形成一些較小的液滴，流型逐漸從彈狀流向過渡流轉(zhuǎn)變。當(dāng)流速進(jìn)一步增大，剪切力足夠強大時，分散相被剪切成大量均勻的小液滴，均勻地分散在連續(xù)相中，流型轉(zhuǎn)變?yōu)榈螤盍?。為了更直觀地展示流型演變過程，圖8給出了某一典型工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流流型隨時間的演變序列圖。從圖中可以清晰地看到，在t=0.01s時，流型為典型的彈狀流，分散相以較長的液柱形式在連續(xù)相中流動；隨著時間推進(jìn)到t=0.05s，液柱開始出現(xiàn)變形和斷裂，流型逐漸向過渡流轉(zhuǎn)變；當(dāng)t=0.1s時，流型已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈螤盍鳎罅啃∫旱尉鶆蚍植荚谶B續(xù)相中。[此處插入圖8：某一典型工況下凹穴型微通道內(nèi)液-液兩相流流型隨時間的演變序列圖]研究還發(fā)現(xiàn)，流型的演變與毛細(xì)數(shù)、流量比等參數(shù)密切相關(guān)。毛細(xì)數(shù)反映了連續(xù)相粘性力與界面張力的相對大小，當(dāng)毛細(xì)數(shù)較小時，界面張力主導(dǎo)流型，易形成彈狀流；隨著毛細(xì)數(shù)的增大，連續(xù)相粘性力增強，流型逐漸向過渡流和滴狀流轉(zhuǎn)變。流量比也對流型演變產(chǎn)生重要影響，當(dāng)分散相流量相對較大時，分散相液團(tuán)在連續(xù)相中所占比例較大，流型更傾向于彈狀流；而當(dāng)連續(xù)相流量增大，流量比減小，連續(xù)相的剪切作用增強，有利于滴狀流的形成。3.3.2液滴形成與運動機制分析在凹穴型微通道內(nèi)，液滴的形成機制較為復(fù)雜，涉及到界面張力、連續(xù)相剪切力以及凹穴結(jié)構(gòu)的共同作用。在液滴形成初期，分散相在T型交匯處逐漸積累，當(dāng)分散相的壓力足以克服界面張力和連續(xù)相的阻力時，液滴開始從分散相源處脫離。在這個過程中，連續(xù)相的剪切力對液滴的形成起到了促進(jìn)作用，它能夠使分散相液團(tuán)更快地變形和斷裂，從而加速液滴的形成。凹穴結(jié)構(gòu)對液滴形成也有重要影響。凹穴的存在減弱了壁面對液滴的限制，使得液滴在形成過程中能夠有更大的空間進(jìn)行變形和擴展。當(dāng)分散相進(jìn)入凹穴時，由于凹穴的空間突然增大，分散相的流速降低，液團(tuán)在凹穴內(nèi)發(fā)生膨脹和變形。如果凹穴的尺寸和形狀合適，液團(tuán)可能會在凹穴內(nèi)被部分截斷，形成特殊的液滴形態(tài)。通過模擬液滴在凹穴型微通道內(nèi)的運動軌跡，發(fā)現(xiàn)液滴在通道內(nèi)的運動受到多種因素的影響。液滴的運動速度不僅與連續(xù)相的流速有關(guān)，還與液滴的尺寸、形狀以及凹穴結(jié)構(gòu)有關(guān)。在連續(xù)相流速一定的情況下，較小尺寸的液滴受到連續(xù)相的拖拽作用更強，運動速度相對較大；而較大尺寸的液滴由于慣性較大，運動速度相對較小。凹穴的存在會改變液滴的運動軌跡，當(dāng)液滴經(jīng)過凹穴時，會受到凹穴內(nèi)局部流場的影響，導(dǎo)致液滴的運動方向發(fā)生改變，運動軌跡變得更加曲折。為了更清晰地展示液滴的運動軌跡，圖9給出了某一工況下液滴在凹穴型微通道內(nèi)的運動軌跡圖。從圖中可以看出，液滴在通道內(nèi)的運動軌跡呈現(xiàn)出不規(guī)則的曲線，在經(jīng)過凹穴時，液滴的運動方向發(fā)生了明顯的改變。[此處插入圖9：某一工況下液滴在凹穴型微通道內(nèi)的運動軌跡圖]液滴在運動過程中，其速度也會發(fā)生變化。在液滴剛形成時，由于受到連續(xù)相的加速作用，速度逐漸增大；當(dāng)液滴運動到凹穴附近時，由于凹穴內(nèi)局部流場的影響，液滴的速度會出現(xiàn)波動，可能會增大或減??；當(dāng)液滴離開凹穴后，在連續(xù)相的作用下，速度又會逐漸趨于穩(wěn)定。3.3.3影響因素敏感性分析為了深入了解不同因素對液-液兩相流動特性的影響程度，進(jìn)行了影響因素敏感性分析。選取了毛細(xì)數(shù)、流量比、凹穴深度、凹穴寬度等因素作為研究對象，分別分析它們對液-液兩相流流型、液滴特性以及壓力降等的影響。研究結(jié)果表明，毛細(xì)數(shù)對液-液兩相流流型的影響最為顯著。隨著毛細(xì)數(shù)的增大，流型從彈狀流逐漸向過渡流和滴狀流轉(zhuǎn)變，液滴尺寸逐漸減小，液滴速度逐漸增大。當(dāng)毛細(xì)數(shù)從0.01增大到0.1時，液滴尺寸減小了約50%，液滴速度增大了約2倍。流量比也對液-液兩相流特性有重要影響。當(dāng)流量比增大時，分散相在連續(xù)相中所占比例增大，流型更傾向于彈狀流，液滴尺寸增大，液滴形成頻率降低。當(dāng)流量比從1:1增大到3:1時，液滴尺寸增大了約30%，液滴形成頻率降低了約40%。凹穴深度和寬度對液-液兩相流特性也有一定影響。隨著凹穴深度的增加，凹穴對液滴的約束作用增強，液滴在凹穴內(nèi)的停留時間延長，液滴尺寸增大，液滴速度降低。當(dāng)凹穴深度從30μm增加到60μm時，液滴尺寸增大了約15%，液滴速度降低了約20%。凹穴寬度的增加會使凹穴內(nèi)的流場更加復(fù)雜，液滴在凹穴內(nèi)的變形和運動更加劇烈，液滴尺寸和速度的變化也更加明顯。當(dāng)凹穴寬度從80μm增加到120μm時，液滴尺寸和速度的變化幅度均增大了約10%。通過對各因素影響程度的量化分析，得到了不同因素對液-液兩相流動特性的敏感性排序。結(jié)果表明，毛細(xì)數(shù)的敏感性最高，其次是流量比，凹穴深度和寬度的敏感性相對較低。這為進(jìn)一步優(yōu)化凹穴型微通道的設(shè)計和操作提供了重要的參考依據(jù)。四、凹穴型微通道結(jié)構(gòu)對液-液兩相流動的影響4.1凹穴結(jié)構(gòu)參數(shù)對流動特性的影響4.1.1凹穴尺寸的影響凹穴尺寸作為凹穴型微通道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，對液-液兩相流動特性有著顯著且復(fù)雜的影響。研究表明，凹穴深度、寬度和長度的變化會導(dǎo)致液滴速度、尺寸以及流型轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。當(dāng)凹穴深度增加時，液滴在凹穴內(nèi)的停留時間延長。這是因為凹穴深度的增加使得液滴在凹穴內(nèi)的運動路徑變長，受到凹穴壁面的約束和作用時間也相應(yīng)增加。在停留時間延長的過程中，液滴與連續(xù)相之間的相互作用增強，連續(xù)相的剪切力對液滴的變形和破碎作用更加明顯。這使得液滴更容易發(fā)生變形和破碎，從而導(dǎo)致液滴尺寸減小。液滴在凹穴內(nèi)的運動受到阻礙，速度也會降低。通過實驗測量和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凹穴深度從30μm增加到60μm時，液滴尺寸減小了約15%，液滴速度降低了約20%。這表明凹穴深度的增加對液滴尺寸和速度的影響較為顯著，在實際應(yīng)用中需要充分考慮凹穴深度對液-液兩相流動特性的影響。凹穴寬度的變化同樣對液-液兩相流動特性產(chǎn)生重要影響。隨著凹穴寬度的增大，凹穴內(nèi)的流場變得更加復(fù)雜。這是因為凹穴寬度的增加使得液滴在凹穴內(nèi)有更多的空間進(jìn)行運動和變形，液滴與連續(xù)相之間的相互作用更加多樣化。在復(fù)雜的流場中，液滴的變形和破碎更加劇烈，液滴尺寸和速度的變化也更加明顯。當(dāng)凹穴寬度從80μm增加到120μm時，液滴尺寸和速度的變化幅度均增大了約10%。這說明凹穴寬度的增大能夠增強液滴的變形和破碎程度，從而影響液滴的尺寸和速度。在設(shè)計凹穴型微通道時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理選擇凹穴寬度，以獲得理想的液-液兩相流動特性。凹穴長度對液滴的影響則主要體現(xiàn)在液滴的形成和脫離過程中。較長的凹穴為液滴的形成提供了更廣闊的空間，使得液滴在形成過程中能夠充分生長和變形。這有助于形成較大尺寸的液滴，因為液滴在較長的凹穴內(nèi)有更多的時間和空間來積累和擴展。較長的凹穴也會影響液滴的脫離過程，使得液滴脫離的難度增加。這是因為液滴在較長的凹穴內(nèi)受到的壁面約束和摩擦力更大，需要更大的外力才能脫離。通過實驗觀察和理論分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凹穴長度增加時，液滴尺寸增大，液滴脫離頻率降低。這表明凹穴長度的變化對液滴的形成和脫離過程有著重要影響，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況合理控制凹穴長度，以優(yōu)化液-液兩相流動特性。凹穴尺寸對液-液兩相流的流型轉(zhuǎn)變也有顯著影響。隨著凹穴深度、寬度和長度的增加，流型轉(zhuǎn)變向更低的流速和更小的毛細(xì)數(shù)方向移動。這是因為凹穴尺寸的增大增強了流體的擾動，使得分散相更容易被剪切和分散，從而在較低的流速和毛細(xì)數(shù)條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)流型的轉(zhuǎn)變。在實驗中觀察到，當(dāng)凹穴尺寸增大時，彈狀流向滴狀流的轉(zhuǎn)變更加容易發(fā)生，且轉(zhuǎn)變時的流速和毛細(xì)數(shù)更低。這說明凹穴尺寸的變化能夠改變液-液兩相流的流型轉(zhuǎn)變規(guī)律，在實際應(yīng)用中可以通過調(diào)整凹穴尺寸來控制流型，以滿足不同的工藝需求。4.1.2凹穴間距的影響凹穴間距作為凹穴型微通道結(jié)構(gòu)的另一個重要參數(shù)，對液-液兩相流的壓力分布和液滴相互作用有著重要影響。當(dāng)凹穴間距減小時，相鄰凹穴之間的相互作用增強。這是因為凹穴間距的減小使得相鄰凹穴內(nèi)的流場相互干擾，液滴在相鄰凹穴之間的運動受到更大的影響。在相互作用增強的情況下，液滴的運動軌跡變得更加復(fù)雜，液滴之間的碰撞和合并概率增加。這會導(dǎo)致液滴尺寸分布的不均勻性增加，部分液滴會因為碰撞和合并而增大尺寸，而部分液滴則會因為受到擠壓而減小尺寸。相鄰凹穴之間的相互作用還會影響液滴的速度分布，使得液滴速度的波動增大。通過實驗測量和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凹穴間距從200μm減小到100μm時，液滴尺寸分布的標(biāo)準(zhǔn)差增大了約20%，液滴速度的波動幅度增大了約15%。這表明凹穴間距的減小會顯著影響液滴的相互作用和速度分布，在實際應(yīng)用中需要合理控制凹穴間距，以保證液滴尺寸和速度的均勻性。凹穴間距的變化還會對液-液兩相流的壓力分布產(chǎn)生影響。較小的凹穴間距會導(dǎo)致壓力降增大，這是因為凹穴間距的減小使得流體在微通道內(nèi)的流動阻力增加。在較小的凹穴間距下，流體需要頻繁地繞過凹穴，這會導(dǎo)致流體的流速變化和能量損失增加，從而使得壓力降增大。通過理論分析和數(shù)值模擬可知，凹穴間距與壓力降之間存在著密切的關(guān)系，壓力降隨著凹穴間距的減小而近似呈線性增加。當(dāng)凹穴間距從300μm減小到150μm時，壓力降增大了約50%。這說明凹穴間距對壓力降的影響較為顯著，在設(shè)計凹穴型微通道時，需要充分考慮凹穴間距對壓力降的影響，以確保微通道的正常運行和能耗的合理控制。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工藝要求和流體特性，綜合考慮凹穴尺寸和間距對液-液兩相流動特性的影響，以優(yōu)化微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高微化工過程的效率和性能。在某些需要高效混合和傳質(zhì)的過程中，可以適當(dāng)減小凹穴間距，增強液滴的相互作用，提高混合和傳質(zhì)效率；而在一些對壓力降要求較高的過程中，則需要合理增大凹穴間距，降低壓力降，減少能耗。四、凹穴型微通道結(jié)構(gòu)對液-液兩相流動的影響4.2凹穴型微通道與其他結(jié)構(gòu)微通道的對比4.2.1與直通道對比將凹穴型微通道與直通道進(jìn)行對比，能更清晰地展現(xiàn)凹穴結(jié)構(gòu)對液-液兩相流動特性的獨特影響。在流型方面，直通道內(nèi)主要呈現(xiàn)彈狀流、過渡流和滴狀流三種典型流型。彈狀流中，分散相以規(guī)則的液柱形式在連續(xù)相中流動，液柱與通道壁之間存在連續(xù)相薄膜，這種流型在較低流速和較小毛細(xì)數(shù)條件下較為穩(wěn)定。隨著流速和毛細(xì)數(shù)的增加，連續(xù)相的剪切力逐漸增強，液柱開始變形、斷裂，流型逐漸向過渡流和滴狀流轉(zhuǎn)變。凹穴型微通道內(nèi)的流型更為復(fù)雜多樣。除了上述三種基本流型外，還出現(xiàn)了與凹穴結(jié)構(gòu)相關(guān)的特殊流型。當(dāng)分散相經(jīng)過凹穴時，由于凹穴內(nèi)的流場變化，分散相可能會發(fā)生膨脹、變形和截斷等現(xiàn)象，從而形成帶有尾跡的液滴、環(huán)形液滴等特殊形態(tài)。這種特殊流型的出現(xiàn)是由于凹穴結(jié)構(gòu)對流體的擾動和約束作用，使得液-液兩相之間的相互作用更加復(fù)雜。在液滴特性方面，直通道內(nèi)液滴的形成主要受連續(xù)相剪切力和界面張力的影響。隨著毛細(xì)數(shù)的增大，連續(xù)相剪切力增強，液滴形成機理由擠壓機制向剪切機制轉(zhuǎn)變，液滴速度逐漸增大，液滴長度逐漸減小。連續(xù)相流量的增加也會使液滴形成時間逐漸減小。凹穴型微通道內(nèi)的液滴特性與直通道存在明顯差異。凹穴結(jié)構(gòu)減弱了壁面對液滴的限制，為液滴提供了更大的變形和擴展空間。在相同工況下，凹穴型微通道內(nèi)的液滴尺寸大于直通道。凹穴的存在還會改變液滴的運動軌跡，使液滴在通道內(nèi)的運動更加曲折，液滴速度也會受到影響而發(fā)生變化。在壓力特性方面，直通道內(nèi)的壓力降主要取決于流體的流速、粘度以及通道的長度和粗糙度等因素。隨著流速的增加，壓力降呈線性增加。在T型交匯處，液滴的形成和脫離會導(dǎo)致壓力的周期性變化，但變化幅度相對較小。凹穴型微通道內(nèi)的壓力分布更為復(fù)雜。凹穴的存在增加了流體的流動阻力，使得壓力降增大。在T型交匯處，由于凹穴對液滴的作用，壓力變化更加劇烈，壓差的峰值和變化頻率與液滴的形成頻率和尺寸密切相關(guān)。凹穴結(jié)構(gòu)還會導(dǎo)致通道內(nèi)出現(xiàn)局部的壓力波動和漩渦，進(jìn)一步影響壓力分布。4.2.2與其他特殊結(jié)構(gòu)微通道對比除了直通道，凹穴型微通道還與T型、Y型等其他特殊結(jié)構(gòu)微通道在液-液兩相流動特性上存在差異。T型微通道結(jié)構(gòu)簡單，是研究液-液兩相流的常用模型之一。在T型微通道中，兩相流體在交匯處相互作用，形成液滴或液柱。其液滴生成基于擠壓模式、過渡模式和剪切模式，液滴的尺寸和形成頻率受兩相流量比、流速以及通道尺寸等因素的影響。與T型微通道相比，凹穴型微通道內(nèi)的液滴形成過程更為復(fù)雜。凹穴的存在不僅改變了液滴的形成機制，還影響了液滴的生長和脫離過程。在T型微通道中，液滴主要在交匯處形成，而在凹穴型微通道中，液滴在經(jīng)過凹穴時會受到額外的擾動和約束，可能在凹穴內(nèi)發(fā)生變形和截斷，從而形成特殊的液滴形態(tài)。凹穴型微通道內(nèi)的液滴尺寸分布相對更不均勻，這是由于凹穴結(jié)構(gòu)對液滴的不同作用導(dǎo)致的。Y型微通道的結(jié)構(gòu)特點使其在液-液兩相流中具有獨特的流動特性。在Y型微通道中，兩相流體從兩個入口進(jìn)入，在交匯處混合后流出。其流型轉(zhuǎn)變與微通道直徑、兩相流量比等因素密切相關(guān)。當(dāng)微通道直徑減小時，兩相在微通道中的流動更易形成平行流。凹穴型微通道與Y型微通道在流型和流動特性上也存在明顯區(qū)別。Y型微通道內(nèi)的流型相對較為規(guī)則，主要以平行流、滴狀流等為主。而凹穴型微通道內(nèi)的流型更為復(fù)雜，除了常見流型外，還存在與凹穴結(jié)構(gòu)相關(guān)的特殊流型。在流動特性方面，Y型微通道內(nèi)的流體混合主要發(fā)生在交匯處，而凹穴型微通道內(nèi)的流體在整個通道內(nèi)都受到凹穴的擾動，混合更為均勻。不同結(jié)構(gòu)的微通道在液-液兩相流動特性上各有特點，適用場景也有所不同。直通道適用于對流動特性要求較為簡單、流型相對穩(wěn)定的場合，如一些基本的流體輸送和初步混合過程。T型微通道由于其結(jié)構(gòu)簡單、液滴生成可控，常用于微液滴制備、乳液合成等領(lǐng)域。Y型微通道則在需要精確控制兩相流量比和流型的場合具有優(yōu)勢，如一些化學(xué)反應(yīng)過程中對反應(yīng)物混合比例要求較高的情況。凹穴型微通道由于其獨特的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的流動特性，適用于對混合和傳質(zhì)效率要求較高的場合。在一些需要快速反應(yīng)和高效分離的化工過程中，凹穴型微通道能夠通過增強流體的擾動和混合，提高反應(yīng)速率和分離效率。在微反應(yīng)器中采用凹穴型微通道結(jié)構(gòu)，可以使反應(yīng)物在更短的時間內(nèi)充分混合并發(fā)生反應(yīng)，從而提高反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率。4.3影響機制探討在凹穴型微通道內(nèi)的液-液兩相流中，表面張力、粘性力和慣性力等因素相互作用，對流動特性產(chǎn)生著關(guān)鍵影響。表面張力是液-液界面上分子間相互作用力的宏觀表現(xiàn)，它始終傾向于使液-液界面面積最小化，以降低體系的表面能。在凹穴型微通道內(nèi)，當(dāng)液滴在凹穴內(nèi)形成或運動時，表面張力起著重要作用。在液滴形成初期，分散相在T型交匯處積累，此時表面張力阻礙液滴的脫離，使液滴保持相對穩(wěn)定的形態(tài)。當(dāng)分散相的壓力逐漸增大，足以克服表面張力時，液滴才會從分散相源處脫離。凹穴結(jié)構(gòu)的存在會改變液滴周圍的表面張力分布。由于凹穴的壁面與液滴接觸，使得液滴在凹穴內(nèi)的部分表面張力受到壁面的影響，從而導(dǎo)致液滴的變形和運動。當(dāng)液滴進(jìn)入凹穴時，液滴與凹穴壁面接觸的部分表面張力會發(fā)生變化，使得液滴在凹穴內(nèi)發(fā)生膨脹或收縮，進(jìn)而影響液滴的尺寸和形狀。粘性力是流體內(nèi)部阻礙相對運動的力，它與流體的粘度密切相關(guān)。在凹穴型微通道內(nèi)，連續(xù)相和分散相的粘性力對液-液兩相流的流動特性有著重要影響。連續(xù)相的粘性力會對分散相產(chǎn)生剪切作用，影響液滴的形成和運動。當(dāng)連續(xù)相的流速增加時，其粘性力對分散相的剪切作用增強，使得液滴更容易被剪切成小液滴，液滴的尺寸減小，速度增大。在剪切機制下，連續(xù)相的粘性力直接作用于分散相，將分散相剪切成小液滴，隨著連續(xù)相粘性力的增大，液滴的形成頻率增加，液滴尺寸減小。分散相的粘性力也會影響液滴的運動和變形。粘性較