力学季刊

作者：郭天祥, 莫成龙, 产文强, 陈柔, 严微微

关键词：气泡运动；微通道；平衡位置；操纵力

气泡是微反应器效率和质量的重要影响因素．因此，了解微通道中气泡输运机理可以为微反应器的设计提供指导．而气泡运动是一种典型的气泡输运现象，本研究以计算流体力学为基础，通过系统参数化研究单泡运动特性，分析结果得到气泡的运动规律，从而揭示气泡运动机理．研究发现当气泡初始不附着壁面时，单泡运动轨迹是多样的，但气泡最终达到平衡位置（即离壁面的距离为一定值）．并且，该平衡位置与气泡直径、驱动速度以及溶液的物化性质都具有相关性．雷诺数(Re)和毛细管数(Ca)被选用为表征以上特性的无量纲数．基于气泡大小和常用溶液物化性质，在0.288<Re<97.2，0.005<Ca<0.228范围内进行研究，得到Re和Ca的关系可以通过气泡平衡位置Ye（最终气泡离壁面距离的无量纲数）进行分类：(1) 当0<Ye<0.45时，Re和Ca呈现幂律关系；(2) 当0.45<Ye<0.95时，Re和Ca则为线性关系；(3) 当粘性效应可以忽略不计时，气泡附着在壁上(Ye=0)；(4) 当粘性效应占主导地位时，气泡位于微通道的中心(Ye=1)．相应地，气泡运动机理可以从操纵力角度上来解释．操纵力包括由壁面、形变和剪切应力梯度引入的力，即气泡运动受壁面、惯性、粘性和表面张力效应的综合影响．

来源：2025年第1期

《力学季刊》期刊编辑部

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