【海川化工科技前沿】西安交大微通道内高粘非牛顿聚合物流体流动与传质调控取得新进展

海川老鱼 · 发表于 2026-4-22 16:31:08

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西安交通大学微通道内高粘非牛顿聚合物流体流动与传质调控取得新进展微通道中高粘非牛顿聚合物流体的液滴/气泡形成与界面传质过程，是微反应器强化和功能材料可控制备中的关键科学问题。针对复杂流变特性导致的断裂失稳与传质规律不清等难题，西安交通大学化工学院袁文君研究员和陈飞教授团队围绕聚合物液滴生成调控和气液传质强化开展了实验与数值模拟研究。在液滴形成方面，提出振动辅助主动调控策略，揭示了振动诱导颈缩区局部涡旋、增强剪切并降低表观粘度，从而促进高粘剪切稀化聚合物流体稳定断裂与均匀成滴，最优振动频率与界面失稳最大增长率相匹配，制备的微球尺寸变异系数最高降低约7.8倍。在气液传质方面，阐明了零剪切粘度和时间常数对气泡动力学及传质效率的耦合影响，体积传质系数kLa最大变化约3倍，并建立了相应预测模型。相关研究为复杂聚合物流体微化工过程的流动与传递调控提供了理论与应用支撑。相关成果在AIChE J和CES期刊上发表：

振动辅助剪切稀化聚合物流体液滴形成调控采用同轴共流微流控装置，以剪切稀化聚合物溶液为分散相、PVA水溶液为连续相，通过机械振动调控连续相入口扰动；结合实验、理论分析与三维数值模拟，利用VOF方法和自适应网格加密分析液滴断裂过程，并以幂律模型描述聚合物流体流变特性。主要结论如下：机械振动可有效调控剪切稀化聚合物流体在微通道中的液滴形成。振动在颈缩区诱导局部涡旋，增强局部剪切并降低表观粘度，从而加快液滴断裂；最优振动频率与Rayleigh-Plateau不稳定性的最大增长率相匹配。建立了统一的流型判据和液滴尺寸标度关系。基于复合无量纲群 We_d (η_d/η_c )^0.09和Ca_c^0.2 Re_o^0.8，可定量预测均匀液滴区与随机液滴区边界；建立的液滴尺寸预测模型相对偏差控制在±10%以内。振动辅助策略显著提高了高粘聚合物流体液滴与微球的单分散性。对三个分子量体系，微球尺寸变异系数分别由10.95%降至1.40%、14.51% 降至4.29%、21.46%降至2.78%，为高均一聚合物微颗粒制备提供了可靠方法。

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海川老鱼 · 发表于 2026-4-22 17:01:05