微量液滴分配机理与技术研究进展.pdf

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1、第53卷第8期机械工程学报Vol.53No.82017年4月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2017DOI：10.3901/JME.2017.08.183*微量液滴分配机理与技术研究进展常家庆黄博刘亚欣孙立宁(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001)摘要：现代生物及医药等学科的发展对液滴分配系统的微量、高精、快速、稳定等特性提出越来越高的要求。液滴分配系统是在液滴分离物理的基础上发展起来的，根据液滴分离物理的特点，可将其分为按需分离、瑞利分离、一阶风诱分离、二阶风诱分离以

2、及喷雾。针对不同的液滴分离形式，分析其研究现状与关键特性参数，比对各数学模型与数值求解方法；同时阐述非牛顿流体的液滴分离特点。针对代表性的液滴分配系统，分析并比对各自的动作机理、分配特点和应用场合。基于上述分析展望液滴分离物理和液滴分配技术的热点问题与发展趋势。关键词：液滴分离；喷射；瑞利分离；按需分离；液滴分配中图分类号：TP61；TP69ResearchProgressonMicroDropletDispensingMechanismsandTechniquesCHANGJiaqingHUANGBoLIUYaxinSUNLin

3、ing(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem,HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150001)Abstract：Withthedevelopmentofmodernbiology,modernmedicineandotherdisciplines,therequirementsonthemicrovolume,highspeedandstability,superprecisionofthedropletdispenserarehighlydemanded.

4、Thedropletdispensersaredevelopedonthebasisofthedropletbreakupphysics.Accordingtothecharacteristics,fivekindsofdropletbreakupregimesareidentifiedasthedrop-on-demand,theRayleigh,thefirstwind-induced,thesecondwind-inducedandtheatomizationregimes.Theresearchstatusandkeych

5、aracteristicparametersofthesedropletbreakupmodesareanalyzedanddifferentmathematicalmodelsandnumericalcomputationalmethodsforthesemodesarecompared.Thedropletbreakupfeaturesfornon-Newtonianfluidarepresentedaswell.Forrepresentativedropletdispensingsystems,theinternalmove

6、mentmechanisms,thedispensingcharacteristicsandthecorrespondingapplicationsaresummarizedandcompared.Basedontheforediscussion,thehotissuesandthedevelopmenttrendsforthedropletbreakupphysicsandthedropletdispensingtechnologiesaregiven.Keywords：dropletbreakup；jetting；Raylei

7、ghbreakup；drop-on-demand；dropletdispensing鉴于液滴分离物理与液滴分配系统存在的这*0前言种本质联系，本文将综述液滴分离理论和液滴分配系统两方面的进展。首先针对液滴分离现象的不同现代生物、医药及化学等科学的发展，迫切需特点对液滴分离物理进行分类，并对不同液滴分离要能够快速、准确、稳定地分配微量液滴的系统，形式的数学模型和求解方法进行总结。然后讨论不以满足对于生物芯片制作、细胞组织打印、药物筛同类型的液滴分配系统，并且突出其内在动作机理选、试剂活性分析等场合的需要。另外，液滴分配和特点，归纳液

8、滴分配技术的特点。在此基础上，系统在印刷电子、器件制造、材料科学以及纳米科对液滴分离物理和液滴分配技术进行展望。技等领域表现出巨大的潜力[1-2]。液滴分离现象绝不仅仅只是存在于液滴分配系液滴分配是一种操纵液滴分离的行为[3]，要求统之中，其他的一