微尺度下动态界面张力的基本规律和模型化

The basic laws of multiphase microflow process are important for the development and application of microstructured chemical systems. This project focuses on the topic of dynamic interfacial tensions of liquid-liquid and gas-liquid phases at micrometer scale, an important issue in the area of microstructured chemical system. In this project, an advanced platform for measuring the dynamic interfacial tensions in microchannel devices will be established. The generation mechanism and evolving laws of dynamic interfacial tension at microscale will be studied. Mathematical models for these dynamic interfacial tensions will be established and simulations for the multi-phase microflow will be carried on. This project faces to several typical liquid-liquid and gas-liquid systems applied in microstructured chemical system. Based on the new experimental platform and advanced microfluidic experimental technology, the dynamic interfacial tension phenomena will be carefully explored and the effects of microscale mass transfer and reaction on the interfacial tension will be in-depth understood, which is important for the development of fundamental theories of microstructured chemical systems.

微尺度多相流动基本规律是微化工系统开发和应用的基础。本项目围绕微尺度下液液、气液相间动态界面张力这一关键领域开展研究工作，建立先进的微通道动态界面张力测量平台，研究微尺度下液液、气液动态界面张力的产生机制和演变规律，建立动态界面张力的数学模型，发展微尺度多相流动和传递过程的数值模拟方法。项目针对微化工系统内典型液液、气液体系，通过新型微流体实验平台和先进微流控实验手段揭示微尺度下动态界面张力现象，深入认识微尺度传递和反应对于界面张力的影响规律，为微化工系统相关基本理论的发展提供基础。

项目针对“微尺度下液/液、气/液动态界面张力的产生机制”和“微尺度下动态界面张力的演变规律和模型化”两个关键科学问题展开研究，建立了高时空分辨率动态界面张力测试平台，揭示了微分散过程中界面张力的演变规律，探索了活性物质吸附动力学，指导了微分散和微反应技术的开发。.项目取得的主要创新性成果包括：（1）建立了基于微压差信号和显微录像同步捕捉的动态界面张力实验平台，开发了能够对分散相几何形态和运动规律准确分析的显微图像处理软件，实现了基于Young-Laplace方程的动态界面张力测量；（2）提出了基于守恒方程的压力边界条件，大幅改进了LBM多相流模型的质量守恒性质，提出了耦合界面吸附和表面活性物质稀溶液传质的LBM模拟方法，实现了界面物质浓度和界面张力的可视化展示；（3）揭示了不同类型表面活性物质在液/液、气/液微分散过程中引发动态界面张力能力的强弱，阐明了动态界面张力的动力学控制机制，取得了表面活性物质吸附动力学常数和微分散液滴表面传质边界层厚度关联式。.项目执行期间总计发表学术论文14篇，其中SCI论文7篇，EI论文2篇，主要发表在Physics of Fluids, Langmuir, Chemical Engineering Science等流体力学、界面科学和化工领域权威期刊上，代表性工作入选期刊Editor’s Picks论文。出版微化工专著1部，做国际会议邀请报告1次，申请中国发明专利2项，取得软件著作权1项，作为代表性成果分别于2019年和2021年获得中国化工学会基础科学研究成果奖（一等奖）2项。