Molecular-Dynamics Simulations of Droplets on a Solid Surface

By using a semi-empirical Lennard-Jones embedded-atom-method potential, we study the influence of many-body forces and atomic size mismatch on the wetting behavior of nano droplets on a solid surface. With molecular dynamics simulations, we find that the contact angle decreases with increasing many-body forces. The increase of atomic size mismatch between solid and liquid results in the decrease of contact angles. Our calculation also shows that the interface structure is strongly affected by the interaction between liquid and solid as well as the atomic size mismatch. For weak solid-liquid interaction, the interface layer of the droplet nearest to the solid exhibits a typical simple liquid structure regardless of the size mismatch. For strong solid-liquid interaction, evident ordering in the interface layer is observed for well matched cases.     

微液滴动力学特性的耗散粒子动力学模拟

对传统的耗散粒子动力学方法进行了改进.改进的耗散粒子动力学方法采用了包含远程吸引力和近距排斥力的保守力势函数,从而使得用耗散粒子动力学方法模拟多相流动成为可能.应用改进的耗散粒子动力学方法,对微尺度下液滴的形成及液滴在微重力下的大幅度振荡变形进行了数值模拟.计算结果表明,改进的耗散粒子动力学(DPD)方法能够有效地描述微尺度下液滴的动力学特性,对研究复杂流体多相流动有着重要的意义. 关键词： 多相流 微液滴 耗散粒子动力学(DPD)方法 保守力势函数     

颜色编码液滴阵列的机器学习解码及其在多重数字化核酸分析中的应用

为了解决数字化核酸分析的通量限制问题,在三原色组合液滴编码技术基础上,本研究发展了一种基于机器学习的颜色编码液滴阵列自动化解码方法。此方法借助机器学习赋予计算机程序自动获取液滴颜色-位置-数量信息的能力,通过关联核酸扩增前后液滴颜色-位置-数量信息,快速确定每种检测靶标对应的阳性液滴比例。将这种液滴解码策略用于多重数字化核酸分析,实验结果表明,本方法快速、准确,其解码流程可在2 min内完成,液滴识别准确率> 99%。基于此液滴解码方法获得的核酸定量分析结果与商品化数字PCR仪的定量分析结果具有良好的相关性（R2> 0.99）。     

单喷嘴横流气雾两相流掺混实验研究

采用PIV设备测量了方腔通道内气体液雾两相交叉横向流的掺混,液滴通过旋流雾化喷嘴产生,获得了沿横流方向不同掺混横截面的液滴分布图和液滴运动流线图.比较了三种喷嘴布置角度(60°,90°,120°)在不同气流速度下的掺混效果.结果表明:在横流作用和壁面约束的影响下,流场中出现不同尺度的漩涡,大涡的卷吸与离心作用导致液滴分布不均匀,影响了雾滴与气相的掺混.随着掺混的发展,大涡的强度和尺寸均减小,对雾滴影响减弱,掺混变好;三种喷嘴布置角度下,60°掺混最好,90°次之,120°最差.     

梯度表面能材料上液滴运动特性实验

对水平和30°倾角放置梯度表面能材料表面上液滴运动特性进行了可视化实验,分析了液滴在梯度表面上运动速度的变化规律,以及液滴大小和表面倾角对运动速度变化的影响.实验结果表明:在梯度表面能材料上,液滴能获得较大的宏观运动速度,并可以沿30°倾角放置的梯度表面材料上自下而上的运动;大液滴较小液滴的峰值运动速度大,运动距离更远;液滴在运动过程中出现蠕动的现象.     

倾斜均质表面上等径水滴聚合过程的可视化实验

对倾斜均匀表面上等直径水滴的聚合过程及特性进行了可视化实验研究,获得了水滴直径和表面倾角等参数对液滴聚合过程中液滴液桥半径、接触角和接触线变化特性的影响,分析了水滴聚合对其运动的影响.实验结果表明:表面倾角越大,下滑的临界半径越小;液滴的直径越大,液滴聚合后越容易下滑;液滴聚合可以加快液滴的运动,使下滑临界半径减小.     

互相关法在光纤液滴指纹图分析中的应用

为了实现光纤液滴指纹图的实时分析,引进了互相关分析法.在对乙醇溶液测量的过程中,将50％浓度的乙醇溶液对应的光纤液滴指纹图作为参考指纹图,然后将测得的光纤液滴指纹图与参考指纹图进行互相关,得到光纤液滴指纹图的相关曲线,从中提取与液体参量有关的各种信息.利用互相关分析法对各种浓度的乙醇溶液进行了处理,得出了相关峰高度与浓度的单调关系,验证了互相关法的可行性.     

低压闪蒸液滴形态和温度变化的研究

将液滴在常压下突然置于低压环境中,液滴由最初的平衡状态变成过热状态,发生闪蒸.本文实验研究了低压闪蒸液滴内部形态和温度的变化,系统描述了液滴闪蒸过程中的各种形态变化,总结了稳态闪蒸和稳态结冰过程中环境压力和初始温度对温度变化的影响.实验结果表明液滴闪蒸分六种形态.稳态闪蒸中环境压力越低,液滴的最终温度也越低;液滴的初始温度越高,降到最低温度的时间越长.稳态结冰过程中,液滴初始温度增加,液滴结冰温度和结冰回升最高温度也随之增加;液滴的结冰温度和回升最高温度随环境压力的增高而减小.     

稳态双曲流场中液/液混合的粘性液滴哑铃分散模型

通过对稳态双曲流场中液／液混合体系分散相液滴所受分散作用力的分析，建立了粘性液滴的哑铃分散模型．趋于将两粘性液滴分开的分散作用力与粘度比、流场类型和强度、液滴半径、哑铃取向和尺寸有关．该模型解释了流场类型与分散作用的关系．流场类型对液滴的分散具有很大影响，在纯应变拉伸流场中分散作用力是简单剪切流场中的两倍，因而对于液滴的分散，拉伸流场较简单剪切流场更有效，这与以前的实验结论符合．当体系粘度比趋于无穷大时本模型转化为刚性哑铃分散模型     

基于液滴微流控接口的高效液相色谱-毛细管电泳二维分离平台初探

蛋白质组体系的高度复杂性需要更高分辨率的多维分离技术。近年兴起的液滴技术在微纳尺度样品操控方面具有微体积、低扩散、无返混等独特优势,有望为多维分离平台的接口提供解决方案。通过采用不同结构的液滴微流控芯片可以实现“液滴生成”与“油相排除”功能,进行样品由连续流-非连续流-连续流的高效转移,将不同的分离模式进行二维耦联。本研究利用液滴作为接口技术耦联高效液相色谱与毛细管电泳构建二维分离系统,以蛋白质降解的复杂多肽混合物为样品,考察了液滴接口二维分离平台的可行性和有效性,并获得3000以上的峰容量,初步展示了该接口技术在多维分离分析领域的应用潜力。