发散微通道中粘性折叠的三维模拟

使用多相流并行代码 BLUE 对 Cubaud 和 Mason 报道的发散微通道中的粘性折叠进行了三维模拟。将粘性较大的液体 L_1 从中心入口注入通道，将粘性较小的液体 L_2 从两侧入口注入。由于通向发散区域的长通道中的流体力学聚焦效应，液体 L_1 呈细丝状。随后，由于液体 L_2 的发散流对其施加的纵向压应力，该细丝对折叠不稳定性失稳。鉴于计算时间较长，我们的参数研究仅限于五次模拟，其中流量比、粘度比、雷诺数和通道形状相对于参考模型进行了变化。在我们的模拟中，由聚焦产生的细丝截面呈椭圆形而非圆形。初始折叠轴可以平行或垂直于腔室的窄边。在前一种情况下，折叠通过扭曲缓慢转变为垂直折叠，或者可能保持平行。折叠起始方向由速度分布和通向发散区域的通道中细丝截面的椭圆形决定。由于高粘度对比和极低的雷诺数，这种两相流的直接数值模拟非常具有挑战性，据我们所知，这是微通道中粘性细丝的首次三维直接并行数值模拟。我们的模拟对折叠不稳定性早期起始提供了良好的定性比较，然而由于这些模拟的计算时间相当长，对于此类粘性细丝，折叠频率等物理量与实验的长时间比较受到限制。