微通道中的颗粒、气泡与液滴：中心位置的稳定性与平衡速度

理解与预测微流控中分散微物体的动力学在众多自然、工业与技术情境中至关重要。本文在前所未有的宽参数范围内，实验表征了圆柱形微通道中各类分散微物体（如颗粒、气泡与液滴）的平衡速度 $V$ 与横向位置 $\varepsilon$。通过系统改变无量纲物体尺寸（$d \in [0.1; 1]$）、黏度比（$\lambda \in [10^{-2}; \infty[$）、密度比（$\varphi \in [10^{-3}; 2]$）、雷诺数（$\Re \in [10^{-2}; 10^2]$）与毛细数（$\text{Ca} \in [10^{-3}; 0.3]$），我们提供了一项从不可变形黏性区到可变形黏惯性毛细区的通用研究，从而得以揭示惯性与毛细效应在横向迁移中单独及联合的作用。实验结果与包含惯性及可能界面变形效应的稳态三维不可压缩两相流 Navier-Stokes 模型相符且吻合良好。该模型能够合理化实验，并对问题主要参数的影响提供详尽参数分析，主要涉及两方面：中心位置的稳定性与分散物体的速度。有趣的是，我们提出了物体速度 $V$ 关于 $d$、$\varepsilon$ 与 $\lambda$ 的实用关联式，该式在 $\text{Re}=\text{Ca}=0$ 极限下获得，但实际上在线性区更宽范围的 $\text{Re}$ 与 $\text{Ca}$ 值内均有效。