微通道中复乳液流变学的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构

2、送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要基于液滴的微流体技术是研究微尺度（10∼100μm）液滴的一门包含物理、化学、生物和工程技术的新兴的交叉学科。该学科提供了一个新的实验平台，可用来进行各种生物及化学实验。基于液滴的微流体装置被层出不穷的设计出来，利用微流体装置内不互溶流体间的相互作用，来生成特定单一尺寸的微液滴并用于进行液滴的变形聚并等后续操作。通过基于液滴的微流体技术研究复杂乳液在微通道内的流变学可以了解复乳液的变形、碰撞、移动等行为过程，进而利用流体动力学控制内部液滴的可控释

3、放，因此基于液滴的微流体技术在微胶囊药物靶向传输方面和生物细胞实验上有较为广泛的应用前景。复乳液(ME)的内部结构排列规则，常见的排列方式包括同心多层和同层多个子液滴等（复乳液颗粒本身是第一层，紧邻颗粒的内层是第二层，第i层液滴的母液滴是(i-1)层）。本文开发了一种新的二维边界积分法来研究不同微通道中复乳液流变学。边界元素法在描述复杂几何结构和不同边界条件方面具有较高的灵活性，而波谱法具有指数收敛性和数值稳定性，本文所采用的二维波谱边界元素法保留了波谱法与边界元素法的所有优点。本文的数值算法都是通过Fortran语言编程，并在CompaqVisualFortran6中调

4、试运行，进而得到复乳液在十字形微通道变形、内部碰撞，以及其在收缩管内变形移动的流变学数值计算结果。本文研究了在低雷诺数流体作用下，十字形微通道内复乳液（比如：同心多层ME，含有不同个数子液滴ME和具有非对称内部结构ME）的流变学特性。研究发现ME内部液滴的移动，变形和碰撞能够改变乳液壳层的内部循环阻力，从而引起具有不同内部结构复乳液的外部剪切力及粘性力的变化，并且内部液滴的聚并和释放能够改变复杂乳液颗粒内部结构。相较于十字形微通道中处于停滞点上的复乳液变形及内部碰撞，液滴在收缩管内的流变学可以研究其迁移过程中的变形和子液滴运动情况。通过研究不同内部结构ME的移动规律、变形

5、特征和内部流场情况，可以进一步探究ME在限制性微通道内的定向输送以及微胶囊内物质的可控释放。关键词：流变学复乳液十字形微通道收缩管ABSTRACTDroplet-basedmicrofluidicsisamultidisciplinarysubjectinvolvingphysics,chemistry,biology,andengineeringthatdealswithdropletsconstrainedinmicrochannelsofcrosssectionaldimensionsontheorderof10to100μm.Ithasdefinedanewexp

6、erimentalplatformforadiverserangeofbiologicalandchemicalprocesses.Variousdroplet-basedmicrofluidicdeviceshavebeendesignedandmonodispersemultipleemulsiondropletsaregeneratedandmanipulatedinmicrofluidicsdevicesthroughshearingbetweenimmisciblephasesinmicrochannels.Investigatingtherheologyoft

7、hemultipleemulsiondropletsinmicrochannelsthroughdroplet-basedmicrofluidicshelpslearnthebehavioursofthemultipleemulsiondroplets,suchasthedeformation,collision,transition.What’smore,thetargetedreleaseofthecorecanbecontrolledbymicrofluidicdynamics.Thus,droplet-basedmic