广东工业大学学报 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (05): 68-74.doi: 10.12052/gdutxb.200005

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十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

罗钧午1, 李冬梅2, 梁帅2, 王帅超2, 肖曙红1   

  1. 1. 广东工业大学 机电工程学院，广东 广州 510006;
    2. 广东顺德创新设计研究院，广东 佛山 528300
  • 收稿日期:2019-12-31 出版日期:2020-09-17 发布日期:2020-09-17
  • 通信作者: 肖曙红(1968-)，男，教授，主要研究方向为精密机械CAE技术、高效精密制造装备，E-mail：shxiao@gdut.edu.cn E-mail:shxiao@gdut.edu.cn
  • 作者简介:罗钧午(1988-)，男，硕士研究生，主要研究方向为微流控液滴技术、多相流的仿真研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(50975051)

A Research on Numerical Simulation of Droplet Generation in Crossing Microchannels

Luo Jun-wu1, Li Dong-mei2, Liang Shuai2, Wang Shuai-chao2, Xiao Shu-hong1   

  1. 1. School of Electromechanic Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;
    2. Guangdong Shunde Innovative Design Institute, Foshan 528300, China
  • Received:2019-12-31 Online:2020-09-17 Published:2020-09-17

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摘要： 基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction，VOF）模型，针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究，分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响，为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加，液滴生成直径减少，生成频率增大；增加连续相黏度时，液滴生成直径变小，生成频率的变化则相反；当分散相黏度超过连续相黏度时，出现射流现象而不能生成液滴；液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大，生成频率降低；增大壁面接触角有利于液滴的产生，且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时，接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。

关键词: 十字交叉型, 流体体积分数(VOF), 数值模拟, 液滴, 两相流

Abstract: Based on the fluid volume fraction (VOF) model of Fluent software, the droplet generation process in crossing microchannel was investigated by three-dimensional numerical simulation study, and the influences of continuous phase viscosity, dispersed phase viscosity, two-phase interfacial tension and wall contact angle on droplet generation were researched respectively, providing reference for practical applications. The simulation results showed that the droplet size decreased and the generation frequency increased with the increasing flow velocity of continuous phase. When the continuous phase viscosity was increased, the droplet size would decrease and the generation frequency change was opposite. If the dispersed phase viscosity exceeded the continuous phase viscosity, the jet flow phenomenon would occur and the droplets could not be generated. With the increase of the interfacial tension coefficient of two phases, the droplet size would increase, and the formation frequency would decrease. Increasing wall contact angle is beneficial to droplet generation, and when the two-phase flow rate was 0.01 m/s and 0.02 m/s, the contact angle should be set to 150° and 120° respectively to generate droplets normally.

Key words: crossing type, fluid volume fraction (VOF), numerical simulation, droplet, two-phase flow

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