近年来在生物、材料化学、食品安全与医学研究等领域,用高品质高通量的双乳微液滴、囊泡、胶囊具有非常广泛的应用背景。由于传统的双乳液滴的制备方法是通过混合搅拌产生的双乳液滴,但双乳液滴的均一性和分散性无法得到保证。后来许多研究者发现,微流控芯片可以制备出双乳状液滴。制备出的成品具有良好的球形度、高分散性、高通量和良好的稳定性。这种新的制备双乳液滴的方法不但品质有保证而且消耗的材料比较少。最近几年来不少研究者对微流控制备法做了很多的研究,开阔了工程热物理尺度多相流学科新的研究方向与前沿研究热点。本文使用VOF(Volumeof Fluent Model)相界面跟踪方法,建立了协流式微通道的数学模型。通过Fluent(计算流体力学分析软件)模拟研究在协流式微通道中生成双乳液滴的过程。给出了两种典型(射流与滴流)的流型;分析了流动状态、不同粘度比和不同表面张力系数对双乳液滴生成方式和液滴尺寸的影响。给出了产生稳定液滴的临界范围,以及产生最佳双乳液滴工况。同时设计并制作出协流式微通道芯片,并制备观察了典型的两种形态的双乳液滴。对比了无振动产生的双乳液滴,还采用在添加激励源在三相入口处方式对双乳液滴成形的主动操控。然后,搭建了协流式微通道制备双乳液滴装置的测试平台和基于机械振动的实验平台。分析了影响振动激励下对乳化过程的主要因素,并统计对比了3种无振动激励、X方向振动、Y方向振动方式下双乳液滴的尺寸、断裂速度、分散性、均匀度和平滑度。概括起来,本文主要的研究结论如下;(1)开展了协流式微通道中双乳液滴生成的理论建模与数值模拟研究,成功找出了射流与滴流两种典型流型,建立了三相流速比、粘度比、界面张力比与所形成的双乳液滴尺寸间的定量联系。数值研究表明:滴流模式下主要的影响因素是界面张力,而射流的影响最多因素是外相的粘性力,从而使得射流尾端开始破裂成液滴这是由于打破了平衡造成Rayleigh-Plateau不稳定性的原因。因此两种模式下就具有不同的形态特征与不同的形状大小。双乳液滴比单乳液滴更复杂,两种流型之间也可以像单乳液滴一样互相转换。在滴流模式中可以增加外相的流量可以使得转化成射流,中间流体的流量改变不会液滴的生成模式有太大的影响但可以对液滴的大小有作用;改变内相对双乳液滴的流型模式和液滴的尺寸大小都没有起什么决定性作用。粘度的改变对双乳液滴有一定的作用,在一定的条件下可以使得两种流型相互转换。界面张力的变化同样对双乳液滴起着重要的作用,通过改变表面系数的大小可以对界面有所变化但不会对双乳液滴的尺寸有改变。(2)通过实验验证了无振动激励和有振动激励工况对比来验证协流式微通道数学模型数值求解的可行性。根据实验结果的有效验证出发,最后通过数值模拟方法统计了无振动激励下三相不同速度比、黏度比下可形成双乳液滴的临界范围,最后还得出了典型的两种流型模式(滴流和射流)。(3)对比上一节无振动方式,本小节探讨施加振动激励主动操作双乳液滴方式对比与前者的区别。激振为X方向(左右)和Y方向(上下)时的不同振动频率和不同振幅的工况下进行计算流体力学模拟,数值模拟分析了在振动激励下双乳液滴变化过程;然后对特定工况数值计算结果的速度云图、压力以及流线图与无振动的对比;得出了在振动方式下双乳液滴的断裂速度,求出韦伯数和毛细数接着从机理上分析对理解不同流型在振动激励工况下的演变过程提供了参考。(4)最后还统计了所有振动激励工况下能够完整成形双乳液滴的内外面积大小、成形双乳液滴的分散性、完整双乳液滴的均匀度以及双乳液滴的平滑度,最后统计结果与无振动对比从量化的角度显示激励下成形双乳液滴有效性;并通过对比分析了在工程应用中选择哪种工况会提高制备双乳液滴的高品质提供了实用的参考。本文工作较为系统的揭示了具有轴对称结构的协流式微通道中双乳生成的流动形态演化、乳化模式的转化机理,同时进一步的探讨在在振动激励下对协流式微通道中产生的双乳液滴进行研究。相关的结果可为制备双乳液滴装置的设计和优化提供有效的参数,同时也拓宽了附加场振动激励对双乳液滴生成操控技术运用的工程领域。