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我院青年教师张静刚在流体力学顶级期刊Journal of Fluid Mechanics发表论文
日期:2024-05-09 浏览次数:

近日,我院张静刚副教授在流体力学领域研究取得重要进展。研究成果以“Modelling the passive breakup of a surfactant-contaminated droplet in a T-junction microchannel(T型微通道内含表面活性剂液滴破裂的数值研究)”为题在《Journal of Fluid Mechanics》(流体力学杂志,2023年影响因子为3.7)上在线发表。论文第一作者为学院热工流力中心张静刚副教授,第二作者为研究生王永光,合作作者为崔海航副教授、陈力副教授。《Journalof Fluid Mechanics》期刊由英国剑桥大学创办,被公认为流体力学领域最权威的期刊。这是我校首次作为第一署名单位在该期刊上发表论文,相关工作受到国家自然科学基金青年基金项目的资助。

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国家发展改革委最新印发的《“十四五”生物经济发展规划》中明确指出,要开展前沿生物技术创新,“加强微流控、高灵敏等生物检测技术研发”。为提高基于微液滴开发仪器的精度和灵敏度,对精确控制微通道内生成液滴的尺寸和均匀性提出了更高的要求,而这依赖于对液滴颈部失稳机理的研究。微液滴生成常采用T型通道,其尺寸一般为微米级别,因此任何存在于微通道内的微小缺陷都会影响生成液滴的均匀度。如图1所示,垂直通道入口为速度入口,水平分支通道出口为压强出口,本文将微通道内缺陷产生的非对称性归纳为分支通道两侧压强差(P1和P2之间差值),并采用格子玻尔兹曼颜色梯度模型模拟表面活性剂对通道内非对称缺陷的抑制作用。

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图1 T型微通道内含表面活性剂液滴破裂示意图

在较小压强差下(图2a),干净和含表面活性剂液滴均破裂成近似等体积的两个子液滴;在中等压强差下(图2b),干净液滴破裂成体积不等的两个子液滴,而含表面活性剂液滴仍然破裂成体积近似的两个子液滴;在较大压强差下(图2c),干净液滴完全由通道一侧流出,而含表面活性剂液滴仍然破裂成两个子液滴。表面添加表面活性剂能抑制液滴非等体积破裂,为提高基于液滴微流控设备的精度和灵敏性提供了理论和技术支撑。

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图2不同压强差下干净和含表面活性剂液滴破裂瞬态图,

其中灰色、绿色和红色分别表示微通道壁面、干净和含表面活性剂液滴界面

论文链接:https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/abs/modelling-the-passive-breakup-of-a-surfactantcontaminated-droplet-in-a-tjunction-microchannel/E45C2B7F14AAF29B8F2B433B8DD650FD

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