高粘度微射流发生器

本文描述了一种简单而新颖的高粘度微射流生成系统。该射流产生于部分浸没在液体中的可润湿细管内。管内气液界面初始呈凹形，且其深度远大于管外界面。施加于液体容器底部的脉冲力导致管内液体显著加速，随后因凹形界面而发生流动聚焦。射流生成过程可分为两个发生在不同时间尺度的阶段，即冲击时间（冲击持续时间 $\le O(10^{-4})$ s）和聚焦时间（聚焦持续时间 $\gg O(10^{-4})$ s）。在冲击时间内，液体因冲击而突然加速。在聚焦时间内，微射流因流动聚焦而产生。为解释冲击时间内管内液体的突然加速，我们基于压力脉冲方法建立了一个物理模型。数值模拟证实了所提出的模型，表明由脉冲力引起的液体加速的基本机制已得到阐明。值得注意的是，粘性效应在冲击时间内可忽略不计。相比之下，在聚焦时间内，粘度在微射流生成中起着重要作用。我们通过实验和数值方法研究了不同粘度下微射流的速度。我们发现较高的粘度会导致射流速度降低，这可以用雷诺数（惯性力与粘性力之比）来描述。这种新颖装置可能是下一代技术的起点，例如包括生物打印机在内的高粘度喷墨打印机，以及用于微创医疗治疗的无针注射装置。