液滴微流控动态生成微液滴过程仿真（油包水or水包油结构）

HaHa

一、背景简介
液滴微流控，是指利用不互溶两相流体间的相互作用，把其中一相流体在微流道内分散成相互独立的微液滴，并对其形成的流型和长度进行精确控制的微流控技术，常见的结构为油包水结构。由于分散相微液滴之间相互独立，每个液滴都可以提供一个相对封闭的微反应环境，相互之间不会有交叉感染，是一种非常理想的微反应器，一直很火的数字PCR的实现基础就是液滴微流控。
二、可仿真内容
液滴微流控中，微液滴的操作很多样，如图1所示



通过comosl有限元仿真可以研究这些操作过程中，两相流速、黏度、界面张力、通道宽度对液滴生成或者融合的影响，其影响主要体现在液滴大小、生成速率等方面，具体的效果如视频所示。
三、comsol建模说明
1. 参数定义



2. 几何结构（包含出入口）
本次仿真采用最基本的十字结构，由于其对称性，仅仿真半边结构，最后在数据集中通过镜像得到完整结果



3. 材料
水、石蜡油，水可以直接从材料库里添加，石蜡油通过添加空材料后自定义密度和动力粘度参数。
4. 物理场
控制方程、湍流模型、出入口设置、对称减少运算量
5. 网格
采用映射的方式划分网格，单元大小校准为流体动力学，定制最大单元大小为0.0015mm。如果想减少一部分运算量，可以将入口2对应的横流道的最大单元大小调高。网格划分效果如图



6. 研究设置
步骤一：相初始化，只勾选“相场”
步骤二：瞬态，时间步设为range(0, 0.02, 3)，单位是s，容差由物理场控制，其余设置如下图：



7. 后处理
截面速度云图、截面压力云图、通量积分、表面速度云图、表面压力云图
四、拓展延伸
有没有可能实现水包油包水双层结构？欢迎交流

参考：
https://www.elveflow.com/group/microfluidic-research-projects/need-a-droplet-based-microfluidics-partner-for-your-research-consortium/

原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/214382536