微流体圆柱周围高弹性流中由测压孔引起的流动扰动

本工作的目标是表征受限微流体圆柱周围粘弹性溶液出现侧向非对称流动的起始，这一现象在近期一项研究 [Rodrigues et al., J. Non-Newton. Fluid Mech. 289, 104406 (2020)] 中被发现。为此，在同一微几何结构中使用了两种非牛顿流体。研究了两种微通道，均具有直径 75 μm 的圆柱、高宽比（通道高度与宽度之比）0.37 和阻塞比（圆柱直径与通道宽度之比）0.28，仅有的差别在于测压孔的宽度：测压孔位于距相应圆柱面上下游 500 μm 的对侧壁上。工作流体由两种聚氧化乙烯（PEO）溶液组成：弱剪切稀化弹性流体和弹性剪切稀化流体。采用微粒子图像测速（μPIV）和条纹成像技术评估了 Weissenberg 数范围 $100\leq Wi\leq500$ 内的流动，同时保持低 Reynolds 数 $Re<1$。弹性剪切稀化溶液在两种测压孔设计下均显示出绕过圆柱的侧向非对称流动，而弱剪切稀化溶液仅在较宽测压孔入口下观察到非对称流动。在这两种情况下，流体优先选择与上流测压孔相对的圆柱/壁间隙，这被发现极大地影响流动，似乎与时间相关流动有关，也可能与侧向流动不对称性本身有关。本工作揭示了由于弹性微流体流动对流动扰动易感性增强，在用于高质量压力测量的最优测压孔设计与最小流动干扰之间必须做出的折衷。