基于流控微通道的高通量 shear-thinning 流体中受控滴droplet生成

本研究采用耦合等位面积法和体积分数法进行界面捕获，进行流控微流体装置中滴droplet生成的三维瞬态计算流体动力学仿真。我们系统性地研究了剪切稀薄非牛顿流体——具体为卡波姆细胞溶液——对矿物油滴droplet生成的影响。卡波姆细胞的流变学特性在浓度为0.1%、0.25%、0.5%和1.0%时进行分析，K和n参数以粘度形式表示。该研究考察了流变学特性、连续相和分散相的流速以及界面张力对受控高通量滴droplet生成与动力学的影响。数值结果提供了关于滴droplet特征的见解，包括滴droplet长度、速度、形成频率、液膜厚度、压力分布和流动模式。研究结果表明，随着卡波姆细胞浓度从0.1%提高到1.0%（对应0.1%至1.0%），以及连续相流速从10μL/min提高到30μL/min，滴droplet长度分别缩短53%和45%。而当分散相流速从2μL/min提高到18μL/min以及界面张力增加时，滴droplet长度分别增加62%和42%。在卡波姆细胞较低浓度时，泡沫形态的滴droplet可完全填满通道宽度，处于挤压 regime；随着浓度的增加，观察到向滴沫和喷射 regime 过渡。本研究进一步探讨了非维数参数，将韦伯数和修正毛细数表示为流速和界面张力的函数。这些见解对药物递送、材料合成以及需要精确滴droplet控制的微流体技术具有重要影响。