液體滴流微反應(yīng)器的關(guān)鍵在于制備頻率可控大小的液滴；同時(shí)，根據(jù)需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或分析，所得到的微滴往往需要進(jìn)行下一步的聚合和分裂等等。采用微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或輔以外場(chǎng)(如電場(chǎng)、磁場(chǎng)和微加熱原始材料等)，是控制微液滴行為最簡(jiǎn)單的方法。本論文主要討論水力學(xué)結(jié)構(gòu)在非外場(chǎng)中的作用。

水滴的生成實(shí)際上是一相流體在另一相沒(méi)有互溶或不完全溶解的流體中的分散過(guò)程，通常是使用不同的裝置結(jié)構(gòu)形成不穩(wěn)定的表面。液滴制備方法可分為自上而下和自下而上兩大類。前一種方法有傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌、噴霧、微孔乳化、微孔膜乳化、微通道陣列乳化等，這類方法主要利用連續(xù)相和分散相間剪切力帶來(lái)的界面不穩(wěn)定性制備大量乳液，雖然操作簡(jiǎn)單，但能耗大，產(chǎn)生液滴尺寸分布寬，過(guò)程不易控制等缺點(diǎn)。相比而言，基于微流控技術(shù)的自底向上位法制備微滴更加靈活可控，并且利用微流道中的微滴分散可以對(duì)微滴的大小、形態(tài)、組成進(jìn)行精確控制，從而獲得大小均勻、易于調(diào)節(jié)等顯著優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)在產(chǎn)生液滴位置附近的流場(chǎng)信息，微通道分散分為同軸流場(chǎng)中的斷裂、錯(cuò)流流場(chǎng)中的斷裂以及拉伸流場(chǎng)中的斷裂等。相應(yīng)通道主要有同軸環(huán)管、T型錯(cuò)流微通道、水力學(xué)聚焦微通道等。為改善液滴的單分散性和避免不必要的聚合過(guò)程，常采用表面活性劑在連續(xù)相和和分散相中以降低相間合。通過(guò)“梳齒”狀溝道結(jié)構(gòu)變化和外場(chǎng)實(shí)現(xiàn)液滴的可控聚集。為增加流阻，在腔室內(nèi)設(shè)置多個(gè)支柱組，使前一滴在腔室減速至停止運(yùn)動(dòng)，等待與下一滴融合直到水力學(xué)壓力超過(guò)表面張力時(shí)，融合液滴開(kāi)始繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)調(diào)整支柱組的間距和數(shù)目、融合液滴的大小和速度，可以控制融合過(guò)程。本系統(tǒng)可在40秒內(nèi)完成液滴融合，實(shí)現(xiàn)液滴內(nèi)成分的混合，有效地實(shí)現(xiàn)了液滴在兩個(gè)液柱的混合周期為7ms左右。在有表面活性劑存在的體系中，進(jìn)一步增加電場(chǎng)，從而擴(kuò)大了體系的適用范圍，實(shí)現(xiàn)液滴的可控融合。支撐組的存在，使得液滴之間的距離足夠近，電場(chǎng)的存在破壞了液滴間的油膜，有效地促進(jìn)了融合過(guò)程。

熔合后的液滴可以再次分散成較小的液滴，從而有效地調(diào)節(jié)液滴的體積和組成，從而實(shí)現(xiàn)液滴陣列的高效生產(chǎn)。從主通道到分枝通道，流線在這里被分成多個(gè)部分。水滴受流場(chǎng)的影響，當(dāng)粘滯剪切力超過(guò)表面張力時(shí)，將發(fā)生破裂。顆粒分裂后的研究主要集中在T型通道上。在達(dá)到T型分枝后，液滴的行為取決于其延伸長(zhǎng)度l0和毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)Ca。發(fā)生斷裂的流動(dòng)類型B和C，而在A區(qū)內(nèi)并沒(méi)有發(fā)生斷裂，這取決于液滴能否充滿T形分支點(diǎn)(C)或與壁之間的溝槽(B)。試驗(yàn)結(jié)果與二維理論分析結(jié)果十分吻合，提出了臨界長(zhǎng)度的概念。豎線表示斷裂處是否存在空腔區(qū)的臨界長(zhǎng)度l0/w，實(shí)線是文獻(xiàn)中理論預(yù)測(cè)的結(jié)果，短劃線就是參考文獻(xiàn)中理論預(yù)測(cè)的結(jié)果。

對(duì)于T型流道，可以獲得相同體積的液滴，但不對(duì)稱的流道結(jié)構(gòu)對(duì)液滴破裂過(guò)程有較大的影響。設(shè)置障礙物可使液滴在流道內(nèi)被動(dòng)破裂，改變障礙物在流道內(nèi)位置的不對(duì)稱性變化，可控制兩個(gè)子液滴的相對(duì)尺寸，同時(shí)也可設(shè)置多級(jí)障礙物，使子液滴進(jìn)一步斷裂為較小的液滴。采用VOF數(shù)值模擬方法計(jì)算非對(duì)稱T形通道中液滴(等長(zhǎng)不等寬)的破裂過(guò)程，并用潤(rùn)滑理論近似的方法進(jìn)行理論分析，驗(yàn)證其數(shù)值模擬結(jié)果。通過(guò)對(duì)通道內(nèi)液滴破裂時(shí)間、壓降隨通道結(jié)構(gòu)的變化等主要影響因素進(jìn)行了探討。并對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并建立了非對(duì)稱T形通道內(nèi)預(yù)測(cè)液滴斷裂流型、液滴體積比及母液滴破裂點(diǎn)的理論公式，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。