共轴流水包油型微液滴形成过程的实验与数值模拟研究 Experimental and Numerical Investigation of Oil-in-Water Micro-Droplet Formation in a Co-Flowing System

在不同操作条件下对水包油系统中微液滴的形成过程及粒径大小进行了系统实验观察和测试，同时利用VOF/CSF模型对液滴形成过程进行了数值模拟，模拟结果与实验非常吻合；在此基础上，考虑两相流速、黏度、界面张力及壁面效应等因素，对液滴形成过程进行了进一步的模拟研究。结果表明，与传统油包水系统相比，水包油系统液滴的形成也有滴流（dripping）和射流（jetting）两种流型，但水包油系统能在更高的两相流速下保持滴流操作，而射流主要出现在离散相速度极高的条件下且很不稳定；滴流条件下生成的液滴具有很高的单分散性，且可改变流速提高产生频率，而射流条件下产生的液滴单分散性差，且易于出现卫星液滴；滴流条件下影响液滴粒径的显著因素是连续相流速、黏度、界面张力和壁面效应，其中前三者的影响可用毛细管数表征；研究对各影响因素的作用机理进行了阐释，并综合实验与模拟结果，给出了不同操作条件和装置尺寸下液滴生成粒径的预测关联式。