微流控芯片可以在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、单细胞分析、蛋白质结晶、纳米粒子及微乳胶的制备等方面发挥独特的作用。而在这些应用中,微液滴作为反应的控制单元,分散均一微液滴流的形成及其微液滴体积大小的可控性成为了该领域的关键性问题。本论文对常见的用于微液滴产生的微米级宽型T型微通道(分散相通道与连续相通道宽度比大于3)内互不相溶两相流体的流动行为进行了数值模拟研究。两种流体分别选用水和油,水相为分散相,油相为连续相,两流体物性参数以实验参数为主,在此基础上进行一定的参数变化来研究。主要工作包括如下几个方面:1.建立了微米级T型微通道的模型,根据微液滴产生相关的实验研究成果对所建立的模型给出合理的边界条件,实现了微尺度模型下微液滴产生的数值模拟;通过Matlab程序实现了Fluent导出图中液滴尺寸大小的合理计算;2.通过和实验数据的对比,证明了本模拟体系的准确性,得到了能够产生液滴的T通道系统条件。数值模拟结果表明,微通道内壁的润湿性是能否形成维液滴流的首要条件,只有当通道壁疏分散相时(本文中接触角小于90°)才能形成液滴流。此外,连续相流速和粘度,以及两相间界面张力都会影响微液滴的形成,综合考虑这三个因素,我们用毛细数值( ,和分别是连续相的黏度和速度,为两相之间的界面张力)来对这三个因素进行整体分析,得到只有当毛细数小于一定值才能形成微液滴流,本文研究体系中临界值为0.16。3.大量数值模拟结果显示,在能够形成微液滴的情况下具有不同物性的两相流体,T-微通道内液滴的形成位置有明显的不同。在宽通道中,当毛细数值较小的时候,液滴在通道交叉口处即从连续相脱离(breakup),而随着值的增大,液滴形成的位置逐渐远离交叉口,当达到一定的临界值时(本体系为0.16)就不再能形成液滴流,而是并行的两相流。4.对于一个独立的液滴,观察其从进入连续相到最终形成分散液滴的过程。在可以形成微液滴的条件下,微液滴产生的过程可以氛围三个阶段:液滴长大阶段(growth),液滴从分散相脱离(breakup),液滴从通道壁脱落(detachment)。分阶段分析显示,宽型T通道内微液滴形成过程主要是连续相对分散相的剪切力作用和两相间界面张力作用的结果。5.对T型微通道内影响形成液滴体积大小的关键因素进行了研究,并初步得出了各个因素对液滴直径大小的定量关系。对于微通道本身,分析数据显示微通道壁接触角增大,导致分散相在T通道交叉口与通道壁粘附力增大,使得微液滴从分散相脱离所需时间+延长,在分散相速度保持恒定的情况下,液滴体积由于累积了更多的分散相而增大;对于流体物性本身,随着两相间界面张力的增大,微液滴直径呈现对数型增大;而随着连续相粘度和流速的增加,微液滴直径呈现指数型减小。6.对四组不同物性体系下液滴直径大小D与值的关系进行了分析,证明D与存在一定线性关系,但是不是简单的线性关系。因通道中液滴的存在影响流体的剪切力,本文对毛细管数进行了修正,修正的毛细管数,与呈现出良好的线性函数关系:。