Новости

Mar 31, 2023

Карта потока формирования микрокапель ядро/оболочка в среде

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 22010 (2022) Цитировать эту статью

635 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Формирование микрокапель одинакового размера ядро/оболочка исследовано численно в спутном микроканале. Граница раздела и контур объемной доли между тремя несмешивающимися жидкостями фиксируются с использованием тройной модели фазового поля. Предыдущие исследования показали, что эффективными параметрами размера микрокапель являются физические свойства и скорость трех фаз. Путем корректировки этих переменных в численном моделировании наблюдаются пять основных моделей течения. Режим капания ядро/оболочка/снаряд наблюдается, когда инерция сплошной фазы разрывает течение фаз ядра и оболочки и образует каплю. В снарядном режиме сплошная фаза обладает меньшей инерционностью, и образующиеся капли окружены стенками канала, а в капельном режиме жидкость оболочечной фазы окружена сплошной фазой. Увеличение скорости потока сплошной или оболочечной жидкости приводит к капающему переходу в струйный. Когда три несмешивающиеся жидкости текут непрерывно и параллельно друг другу, не диспергируясь, это называется ламинарным течением. В режиме НКТ основная фаза течет непрерывно в центральной области канала, оболочечная фаза течет в кольце, образованном центральной областью сердцевинной фазы, а непрерывная фаза течет между жидкостью оболочечной фазы и стенками канала. Чтобы различить вышеупомянутые схемы течения с использованием чисел Вебера и капиллярных чисел и установить критерии перехода режима на основе этих двух безразмерных переменных, предоставляется карта режима течения. Наконец, была предложена корреляция толщины оболочки с использованием соотношения фазовых скоростей оболочки и ядра и проведения 51 моделирования CFD.

Водные трехфазные потоки, в частности движение одной микрокапли ядра/оболочки через третью фазу в виде непрерывной фазы1, полезны в широком спектре промышленных и медицинских применений, включая эффективный перенос тепла и массы2, исследование ядерной безопасности3, эффективные методы восстановления4, тканевая инженерия5, технология нанесения покрытий6 и системы доставки лекарств7. Благодаря потенциалу структур ядро-оболочка в таких областях, как доставка лекарств, лечение с помощью биомедицинской визуализации и терапия опухолей, за последнее десятилетие они приобрели важное значение8.

Сочетание трехфазных потоков с микрофлюидной технологией широко исследовалось в последние десятилетия с целью обеспечения точного управления и непрерывной работы9,10. Миниатюризация систем синтеза открывает новые возможности для улучшения химического синтеза, а также платформу для биологических и медицинских приложений11. Формирование микрокапель ядро-оболочка (CSM) в микрофлюидных устройствах имеет ряд преимуществ: (1) повышенная точность и эффективность обработки, (2) гибкость конструкции многоэтапной платформы, (3) быстрые результаты для точной настройки свойств формованных изделий. капель, (4) экономия средств за счет снижения потребления сырья и реагентов и (5) использование значительно меньшего количества потенциально вредных химикатов и реагентов позволяет повысить безопасность операций и снизить воздействие на окружающую среду12.

Для формирования микрокапель ядро-оболочка широко используется метод двойной эмульсии13. Помимо других многоэтапных и сложных операций, процесс синтеза включает выпаривание растворителя, эмульсирование, очистку и обработку ультразвуком полученных капель14. Полученные капли также имели умеренную скорость восстановления15, узкое распределение по размерам16 и сложную микроструктуру17. Микрофлюидные технологии используются для контроля образования и размера частиц из-за сложности управления жидкостью в объемных методах18. Растворимость19, стабильность, реактивация с помощью визуальных стимулов20, узкое распределение по размерам, обработка ядра и оболочки, а также автономные возможности являются наиболее важными аспектами CSM как модели строительных блоков для функциональных материалов21. Многие различные типы материалов ядро-оболочка, такие как одиночные или множественные материалы в плоскости, ядро/оболочка или композит, могут быть классифицированы как материалы ядро-оболочка22. В общем, структуры ядро/оболочка определяются как имеющие внутреннюю материю и материал внешнего слоя23.