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Dec 10, 2023

Une carte de flux pour la formation de microgouttelettes noyau/coquille dans le co

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22010 (2022) Citer cet article

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La formation de microgouttelettes cœur/coquille de taille uniforme est étudiée numériquement dans le microcanal à co-flux. L'interface et le contour de la fraction volumique entre trois fluides non miscibles sont capturés à l'aide d'un modèle de champ de phase ternaire. Des recherches antérieures ont montré que les paramètres effectifs de la taille des microgouttelettes sont les propriétés physiques et la vitesse des trois phases. En ajustant ces variables, cinq schémas d'écoulement principaux sont observés dans les simulations numériques. On observe un régime cœur/coquille/bouchon lorsque l'inertie de la phase continue interrompt l'écoulement des phases cœur et coquille et forme une goutte. Dans le régime slug, la phase continue a moins d'inertie et les gouttelettes qui se forment sont entourées par les parois du canal, tandis que dans le régime goutte à goutte, le fluide en phase coquille est entouré par la phase continue. Une augmentation du débit de fluide continu ou de fluide caloporteur conduit à un égouttement vers une transition de jet. Lorsque trois liquides non miscibles s'écoulent en continu et parallèlement sans se disperser, on parle d'écoulement laminaire. Dans le régime de tubage, la phase centrale s'écoule en continu dans la région centrale du canal, la phase de coque s'écoule dans l'espace annulaire formé par la région centrale de la phase centrale et la phase continue s'écoule entre le fluide de phase de coque et les parois du canal. Afin de faire la distinction entre les modèles d'écoulement susmentionnés à l'aide des nombres de Weber et capillaires et d'établir des critères de transition de régime basés sur ces deux variables sans dimension, une carte de régime d'écoulement est fournie. Enfin, une corrélation pour l'épaisseur de la coque en utilisant le rapport de vitesse de phase coque-cœur et en effectuant 51 simulations CFD a été proposée.

Les écoulements triphasés aqueux, en particulier le mouvement d'une seule micro-gouttelette noyau/enveloppe à travers la troisième phase en tant que phase continue1, sont utiles dans un large éventail d'applications industrielles et médicales, y compris le transfert efficace de chaleur et de masse2, l'étude de sûreté nucléaire3, techniques de récupération efficaces4, ingénierie tissulaire5, technologie de revêtement6 et systèmes d'administration de médicaments7. En raison du potentiel des structures noyau-enveloppe dans des domaines tels que l'administration de médicaments, le traitement par imagerie biomédicale et le traitement des tumeurs, elles sont devenues importantes au cours de la dernière décennie8.

Une combinaison d'écoulements triphasiques avec la technologie microfluidique a été largement étudiée au cours des dernières décennies afin de fournir un contrôle précis et un fonctionnement continu9,10. La miniaturisation des systèmes de synthèse offre de nouvelles possibilités pour une synthèse chimique améliorée, ainsi qu'une plate-forme d'applications biologiques et médicales11. La formation de microgouttelettes noyau-coque (CSM) dans les dispositifs microfluidiques présente un certain nombre d'avantages : (1) amélioration de la précision et de l'efficacité du traitement, (2) flexibilité de conception pour une plate-forme à plusieurs étapes, (3) résultats rapides pour un réglage fin des propriétés de forme gouttelettes, (4) des économies de coûts grâce à la réduction de la consommation de matières premières et de réactifs, et (5) l'utilisation de beaucoup moins de produits chimiques et de réactifs potentiellement nocifs permet des opérations plus sûres et un impact réduit sur l'environnement12.

Pour la formation de microgouttelettes cœur-coquille, l'approche à double émulsion est largement utilisée13. En plus d'autres opérations complexes et en plusieurs étapes, le processus de synthèse comprend l'évaporation du solvant, l'émulsion, la purification et la sonication des gouttelettes produites14. Les gouttelettes produites avaient également des taux de récupération modestes15, des distributions de taille étroites16 et des microstructures complexes17. Les technologies microfluidiques sont utilisées pour contrôler la formation et la taille des particules en raison de la difficulté de gestion des fluides dans les méthodes en vrac18. La solubilité19, la stabilité, la réactivation à l'aide de stimuli visuels20, la distribution de taille étroite, le traitement du noyau et de la coque et les capacités autonomes sont les aspects les plus essentiels des CSM en tant que modèle de base pour les matériaux fonctionnels21. De nombreux types distincts de matériaux cœur-coque, tels que les matériaux simples ou multiples dans le plan, le cœur/coque ou les composites, peuvent être classés comme matériaux cœur-coque22. En général, les structures cœur/coque sont définies comme ayant un matériau interne et un matériau de couche externe23.

Les caractéristiques des particules porteuses de médicaments à noyau-enveloppe sont bien connues24,25,26. Li et al. a développé un nouveau dispositif à microcanaux et l'a utilisé pour la préparation de microsphères noyau-coquille de silice-silice en le combinant avec un diacrylate Dextran/Poly (éthylène glycol) (DEX/PEGDA) avec différentes tailles de noyaux, épaisseurs de coquilles et rapports de débit de Solutions aqueuses de DEX/silice et PEGDA/silice27. Knauer et al. des dispersions colloïdales synthétisées de nanoparticules cœur/coquille et multi-coquilles de métal noble dans des solutions aqueuses en présence de bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) avec un flux micro continu en deux étapes28. Dans une autre étude, une plate-forme de criblage à haut débit utilisant un dispositif microfluidique centrifuge pour produire des catalyseurs trimétalliques combinatoires a été proposée, où le nanocube de Pd servait de noyau et les atomes Au et Pt formaient une coquille29. Sun et al. ont étudié la rigidité réglable des nanoparticules (noyau polymère)-(enveloppe lipidique) à différentes concentrations pour une absorption cellulaire régulée30. Une technologie microfluidique capillaire en verre continue en deux étapes pour construire un système d'administration orale en plusieurs étapes est présentée dans une étude de Costa et al. L'insuline est encapsulée dans des liposomes recouverts de chitosane pour améliorer la mucoadhésion31. L'encapsulation de polymère entérique offre une protection contre l'environnement digestif sévère. En fait, les particules noyau-coque attirent beaucoup d'attention car elles présentent un mélange de propriétés supérieures que les composants séparés n'ont pas. Les structures pourraient combiner les propriétés et les caractéristiques du cœur et de la coque32. Ces particules ont été créées pour délivrer une dose régulée de médicament à un endroit précis. Ainsi, les conséquences négatives seraient réduites33. En raison des avantages des structures noyau/coque, de nouvelles méthodes et idées pour leur fabrication ont émergé. Le tableau 1 montre quelques exemples de nanoparticules cœur-coquille, leurs bases et leurs applications.

L'extraction, la polymérisation, la nitration et la chimie pharmaceutique ne sont que quelques-uns des nombreux domaines où les systèmes liquide-liquide sont importants. Peu de chercheurs ont examiné les schémas d'écoulement liquide-liquide et l'hydrodynamique associée dans la littérature45,46,47,48,49. Les dispositifs microfluidiques ont souvent deux microcanaux ou plus pour permettre l'entrée de phases liquides dispersées et continues. La géométrie du dispositif microfluidique détermine où les canaux convergent, et la forme de la jonction résultante joue un rôle dans la définition des champs d'écoulement locaux qui déforment l'interface entre les deux fluides50.

Selon la géométrie de la jonction en croix et des microcanaux, les débits des deux/trois phases, et les caractéristiques des deux/trois phases, une variété de modèles d'écoulement peut apparaître. Les transitions dans les schémas d'écoulement pour un écoulement liquide-liquide-liquide triphasé dans un microcanal sont définies par la tension interfaciale, la force de cisaillement visqueuse et l'inertie du liquide, dont les amplitudes relatives dépendent de la géométrie du canal, des débits et des conditions physiques. propriétés du noyau, de la coquille et des phases continues. Les phases cœur, coquille et continue, ainsi que leurs structures d'écoulement associées, sont toutes déterminées par les qualités de mouillage des liquides vis-à-vis des parois des microcanaux. Les chercheurs ont observé et cartographié des modèles d'écoulement distincts dans des microcanaux avec des jonctions d'entrée variables en utilisant des vitesses de phase dispersées et continues ou des nombres sans dimension tels que les nombres capillaires pour un écoulement biphasé51,52,53. Plus précisément, Cubaud et Mason ont observé des filetages, des jets, des gouttes, des tubes et des déplacements visqueux pour des jonctions microfluidiques en forme de croix54. Étant donné que les paramètres dimensionnels des cartes de modèles de flux ne sont pas aussi personnalisables que les nombres sans dimension, les cartes dimensionnées ne sont pas aussi largement applicables.

Plusieurs facteurs, y compris ceux mentionnés ci-dessus, déterminent les modèles de flux. Les forces qui prédominent dans les schémas d'écoulement sont à la base de ces éléments. Normalement, les transitions dans le modèle d'écoulement étaient le résultat de forces telles que le cisaillement, l'inertie et la tension interfaciale. En règle générale, les cartes de modèles d'écoulement sont basées sur les vitesses de surface des phases ou sur des nombres sans dimension55. Dans ce travail, des nombres sans dimension sont utilisés pour illustrer les modèles de flux. Par conséquent, dans les études des modèles d'écoulement liquide-liquide-liquide, l'analyse sans dimension fournit un moyen efficace pour développer des cartes générales de modèle d'écoulement.

L'examen expérimental de l'écoulement triphasique n'est généralement pas suffisant pour acquérir une compréhension approfondie des phénomènes d'écoulement associés. De plus, la mesure des microstructures est une technique difficile. Par conséquent, la dynamique des fluides computationnelle (CFD) s'est développée comme une méthode alternative pour étudier l'écoulement ternaire dans les microcanaux56. Afin d'effectuer une comparaison directe entre les résultats numériques et expérimentaux, la taille des microgouttelettes noyau / coque doit correspondre à celle des données expérimentales. Ceci peut être accompli en simulant la configuration de formation de microgouttelettes noyau/coque utilisée dans l'expérience. Une telle modélisation nécessite des calculs exigeants en termes de calcul et instables.

La formation de gouttelettes dans les microcanaux a été largement étudiée pour l'écoulement diphasique57,58,59, mais beaucoup moins pour l'écoulement triphasique en utilisant la méthode de simulation de champ de phase. Wang et al. étudié l'impression par jet électrohydrodynamique coaxial (CE-jet). Leur travail propose une nouvelle simulation basée sur le champ de phase, une méthodologie précise de dynamique des fluides. L'étude examine les effets de la tension appliquée, de la distance aiguille-substrat, de la viscosité dynamique, de la permittivité relative, de la taille de l'aiguille et du débit sur les morphologies CE-Jet60. Dans une autre étude, une bulle d'air ascendante traverse une interface horizontale stratifiée entre deux liquides newtoniens. L'interface entre trois fluides non miscibles a été modélisée à l'aide d'un modèle de champ de phase ternaire61.

Presque toutes les études qui ont précédé celle-ci reposaient sur des études expérimentales et exploraient en profondeur l'effet de nombreux paramètres (tels que les propriétés physiques de trois phases sur divers aspects de la formation de microgouttelettes noyau / coque). Cependant, peu ou pas de travaux mènent une enquête CFD complète sur la génération de microgouttelettes cœur/coquille, y compris les différents régimes qui peuvent se produire et les conditions de transition. En raison des limites d'une investigation expérimentale, une carte d'écoulement adimensionnelle a été proposée qui peut couvrir tous les régimes possibles. Le but de cette étude est de découvrir et de caractériser les régimes d'écoulement qui suivent le passage des microgouttelettes via une interface liquide-liquide. Pour déterminer les régimes, des simulations numériques sont réalisées à l'aide du modèle de champ de phase. L'approche par champ de phase présente de nombreux avantages que VOF et d'autres méthodes numériques n'ont pas. Cette physique peut automatiquement conserver la netteté d'une interface sans rompre la continuité, préserver la structure d'une interface au fur et à mesure de son évolution et éliminer le besoin de reconstruction ou de réinitialisation d'une interface. Afin de tracer la carte des régimes d'écoulement et de déterminer les critères de transition entre les régimes, il est nécessaire de classer les régimes et de déterminer les nombres sans dimension pertinents.

Le but de cette simulation est de former une microgouttelette cœur-coquille au centre du microcanal co-flow entouré par la phase continue en contrôlant les débits. Dans les sections suivantes, les équations gouvernantes, les conditions de simulation, la géométrie de la solution et l'indépendance du maillage sont présentées en détail.

Un modèle de champ de phase ternaire est utilisé pour tracer les limites entre trois phases de fluide non miscibles, ou phases 1, 2 et 3. Le noyau, la coque et le liquide environnant sont appelés phases 1, 2 et 3, respectivement. La mesure de la concentration de chaque phase est représentée par une variable de champ de phase \((\phi\)) qui peut prendre des valeurs comprises entre 0 et 1. La variable de champ de phase de la phase 1, par exemple, vaut 1 lorsque seule cette phase est impliqué et 0 lorsqu'aucune phase 1 n'est présente. Comme les fluides ne sont pas miscibles, un décalage de la variable de champ de phase indique la présence d'une interface. Lorsque deux phases adjacentes ont des variables de champ de phase qui s'écartent de leurs valeurs limites, cette limite est appelée interface de séparation. Pour chaque point dans le temps, la condition suivante doit nécessairement être remplie pour les variables de champ de phase62 :

Puisqu'il est supposé que la densité de chaque phase reste constante, la variable de champ de phase représente la fraction volumique de chaque phase.

Le potentiel chimique généralisé \({\eta }_{i}\) de chaque phase introduit une nouvelle variable dépendante dans le champ de phase ternaire, la transformant d'une équation aux dérivées partielles (PDE) du quatrième ordre en deux PDE du second ordre63 :

où \({\varvec{u}}\) est le vecteur vitesse du fluide.

Le coefficient de diffusion \({M}_{o}\), également appelé mobilité, définit l'échelle de temps de diffusion61 :

où \({M}_{const}=2\times {10}^{-10}{\mathrm{m}}^{2}/\mathrm{s}\). Bien qu'il doive être suffisamment grand pour maintenir l'épaisseur de l'interface constante, il ne peut pas être trop grand ou le transport convectif sera étouffé. La mobilité est nulle dans les phases pures. \(\varepsilon\) peut être considéré comme la taille caractéristique de l'interface ; c'est un paramètre qui détermine l'épaisseur de l'interface et suit le même schéma que les éléments dans les domaines d'interface fluide-fluide.

Le paramètre capillaire \({\Sigma }_{i}\) est défini dans ce qui suit pour chaque phase61 :

La tension superficielle (\(\mathrm{N}/\mathrm{m}\)) de l'interface entre les phases i et j est notée \({\sigma }_{ij}\). Ensuite, le coefficient \({\Sigma }_{T}\) est défini comme suit61 :

Pour finaliser le modèle, la physique du champ de phase est couplée aux équations de Navier-Stokes pour l'écoulement laminaire. Les interfaces sont conformes aux principes de conservation de la masse et de la quantité de mouvement64 :

où \(g\) est l'accélération gravitationnelle (m/s2) et p est la pression statique (Pa). La densité et la viscosité du mélange fluide sont définies comme suit61 :

Comme tous les fluides sont newtoniens et incompressibles, la densité et la viscosité de chaque phase pure sont considérées comme constantes.

La force de tension superficielle est introduite dans les équations de Navier-Stokes en tant que force corporelle en multipliant les potentiels chimiques de la phase par le gradient de la variable de champ de phase appropriée61 :

Pour simuler le problème, la physique de l'écoulement laminaire et du champ de phase (écoulement triphasé) a été couplée. La méthode des volumes finis peut être utilisée pour discrétiser et résoudre numériquement les équations gouvernantes. En attribuant une estimation initiale à la variable de champ de phase (\(\phi\)) et en résolvant l'équation. (2), le potentiel chimique généralisé, les paramètres de mobilité et capillaires, les propriétés physiques de la phase et la force de tension interfaciale sont calculés et introduits comme paramètres d'entrée dans l'équation de Navier-Stokes. Puis, en calculant le champ de vitesse et de pression, une nouvelle valeur de \(\phi\) est obtenue au pas de temps suivant, et cette procédure se poursuit jusqu'à convergence.

Dans la méthode microfluidique triphasée, le noyau, la coque et les phases continues entrent généralement dans le micro-canal à partir de trois entrées séparées. La géométrie de la jonction triphasée affecte fortement la taille des gouttelettes et aide à définir les champs d'écoulement locaux qui montrent la déformation de l'interface entre les trois phases. A cet effet, une géométrie co-flow avec un diamètre intérieur de 0,6 mm a été utilisée. Pour les phases cœur et coque respectivement, un canal circulaire avec un rayon intérieur de 0,2 mm et un rayon extérieur de 0,3 mm a été placé au centre du canal, comme on peut le voir sur la Fig. 1. Il convient de noter que la simulation de la micro-canal a été réalisé en deux dimensions (2D) avec une symétrie axiale.

Géométrie du microcanal.

Les simulations numériques ont traditionnellement été utilisées pour résoudre les petites échelles spatiales et temporelles de l'écoulement, permettant d'accéder à trop de détails de l'écoulement qu'il serait impossible d'obtenir expérimentalement. Cependant, les analyses fondamentales existantes se sont principalement concentrées sur les canaux circulaires qui peuvent être modélisés avec des géométries axisymétriques 2D. Cette option peut être utilisée si la géométrie de notre modèle et les charges et contraintes que vous avez l'intention de lui appliquer sont symétriques autour d'un axe, comme les structures cylindriques et coniques comme les réservoirs, les brides ou certaines pinces. Les modèles axisymétriques 2D sont une tranche du modèle 3D réel qui deviendrait la structure 3D d'origine si elle était tournée autour de l'axe Y du système de coordonnées cartésiennes de référence ou de l'axe r du système de coordonnées cylindriques de référence.

Dans les modèles axisymétriques 2D :

Toute la géométrie incluse doit être dans le plan r–z du système de coordonnées cylindriques choisi comme système de coordonnées de référence du modèle.

Toute la géométrie doit être située dans la région z > = 0 du plan r–z.

Le plan r–z est l'endroit où les contraintes et les déformations doivent être spécifiées.

Forme symétrique du canal et modèle d'écoulement.

Si le modèle choisi répond à ces exigences, une section du système structurel peut être représentée sous la forme d'un modèle axisymétrique 2D.

L'écoulement axisymétrique a été simulé en ajustant plusieurs paramètres d'entrée pour calculer la fraction volumique des phases. La précision de la simulation est de 97,1% puisqu'il existe une différence de 2,9% entre le diamètre de la microgouttelette cœur/coquille issue de la simulation et les résultats expérimentaux. Bien que les modèles axisymétriques soient rares, ils peuvent constituer une alternative utile à la modélisation 3D, qui prend du temps. Il convient de noter que cette technique ne peut conduire à des résultats précis que si ses hypothèses sont satisfaites. Dans cette enquête, en comparant la simulation axisymétrique à la modélisation 3D, il a été constaté que la technique axisymétrique était dix fois plus rapide que la modélisation informatique. Les modèles axisymétriques peuvent aider à accélérer le processus de détermination du bon niveau de résolution de grille pour les modèles 3D et d'estimation des paramètres de l'aquifère à partir d'expériences sur le terrain.

Comme on peut le voir sur la figure 1, le microcanal a trois entrées : une pour la phase centrale, une pour la phase enveloppe et une pour la phase continue. La condition de vitesse d'entrée est choisie pour toutes ces entrées. La sortie de pression est une condition aux limites en sortie du micro-canal. Une condition de paroi mouillée avec un angle de contact de 135 degrés est utilisée pour les parois extérieures du microcanal et les parois noyau/coquille. L'interface interne est la condition aux limites côté sortie de la phase noyau/enveloppe. Le tableau 2 fournit un résumé des conditions aux limites du dispositif de co-écoulement et leurs valeurs associées.

La géométrie conçue et extraite a été introduite dans le simulateur CFD après la génération du maillage. Les vitesses d'entrée ont été fixées pour les phases du cœur, de la coque et environnantes. Les équations, qui étaient basées sur une discrétisation par éléments finis et une formule de différenciation vers l'arrière (BDF) pour le schéma à pas de temps, ont été résolues à l'aide du solveur direct creux multifrontal massivement parallèle dépendant du temps (MUMPS). La méthode des éléments finis (FEM) offre une bonne flexibilité et précision pour les simulations dépendant du temps tout en facilitant la modélisation de formes géométriques et asymétriques complexes. Le temps de calcul total sur un processeur AMD Quad Core 64 bits 3,1 GHz était d'environ 420 min.

Comme mentionné précédemment, la méthode de résolution de problèmes était basée sur l'incompressibilité des fluides et les conditions d'état instable. En raison du faible nombre de Reynolds (Re), le modèle d'écoulement sélectionné est l'écoulement laminaire dans les simulations. La tension superficielle entre chacune des deux phases a été considérée comme constante. Ensuite, à l'aide de règles de mélange, les propriétés physiques de la phase sont obtenues et introduites dans la simulation en tant que paramètres d'entrée. La méthode du champ de phase a été choisie pour modéliser les écoulements triphasés. Le pas de temps considéré est de 10–4 s, et les simulations ont été réalisées en 1000 pas de temps.

La taille du maillage a un effet direct sur les résultats de la simulation. Afin de capturer la formation d'une microgouttelette cœur-coquille, un maillage très fin a été considéré pour le site de collision triphasé. Des grilles normales peuvent être utilisées dans le reste des domaines de microcanaux pour optimiser et minimiser le temps de calcul. Après avoir pris en compte le mouvement des gouttelettes, l'évolution de la forme dans le temps et la complexité géométrique de l'interaction des microgouttelettes avec l'interface liquide-liquide, un maillage non structuré avec des éléments triangulaires a été utilisé pour la discrétisation.

Comme on peut le déduire du tableau 3, le domaine de calcul a été discrétisé à l'aide de 349 763 éléments de maillage triangulaires. L'indépendance de la solution par rapport à la taille du maillage a été vérifiée en effectuant des calculs sur un maillage de 1 430 567 éléments. Sur l'ensemble du domaine, les dissimilitudes entre les solutions pour les deux maillages mentionnés ci-dessus se sont avérées inférieures à 2%. Par conséquent, le rapport de densité de maillage peut être ajusté selon le tableau 3.

Comme le montre le tableau 3, pour 349 763 mailles, il faut 31 h pour résoudre le problème avec un pas de temps de 10–4 s environ. Pour ce nombre de mailles, le problème est quasiment optimisé et il n'est pas nécessaire d'ajouter des mailles pour résoudre le problème plus précisément. Selon le tableau 3, le pourcentage d'erreur du problème avec 349 763 mailles perd presque sa tendance incrémentale et devient fiable. Ainsi, ce nombre de mailles peut être choisi comme le meilleur maillage pour simuler le problème.

La tension interfaciale a un effet significatif sur la morphologie des microgouttelettes. La figure 2 illustre un modèle schématique d'une gouttelette noyau / coque composée de deux phases incompatibles A et B. la phase A et la tension interfaciale de la phase continue sont représentées par \ ({\ sigma } _ {A} \), et la phase B et la tension interfaciale de phase continue est indiquée par \({\sigma }_{B}\). Les trois forces interfaciales agissant le long de l'interface sont en équilibre, \({\sigma }_{AB}\) étant la tension interfaciale entre la phase A et la phase B, \({\theta }_{A}\) étant la angle entre \({\sigma }_{A}\) et \({\sigma }_{AB}\), et \({\theta }_{B}\) étant l'angle entre \({\sigma }_{B}\) et \({\sigma }_{AB}\). Trois morphologies primaires sont représentées sur la Fig. 2 :

Les gouttelettes non engloutissantes de la phase A sont séparées des gouttelettes de la phase B lorsque \({\sigma }_{A}\), \({\sigma }_{B}\) et \({\sigma }_ {AB}\) remplissent la formule (12), comme représenté sur la figure 2a.

Engloutissement complet La gouttelette de phase A engloutit complètement la gouttelette de phase B, créant une gouttelette avec la structure noyau-enveloppe B@A, comme le montre la Fig. 2c, lorsque \({\sigma }_{A}\), \({ \sigma }_{B}\), et \({\sigma }_{AB}\) remplissent la formule (13).

La gouttelette de phase B engloutit complètement la gouttelette de phase A, créant une gouttelette avec la structure noyau-enveloppe A @ B, comme le montre la figure 2d, lorsque \ ({\ sigma }_{A} \), \ ({\ sigma }_{B}\) et \({\sigma }_{AB}\) remplissent la formule (14).

Engloutissement partiel La figure 2b représente une structure Janus formée par des gouttelettes de phase A et des gouttelettes de phase B lorsque les formules (12), (13) et (14) pour \({\sigma}_{A}\), \ ({\sigma }_{B}\) et \({\sigma }_{AB}\) ne sont pas remplies, les gouttelettes de la phase A et de la phase B partagent une interface, et les deux phases sont apparentes dans la phase continue .

Le passage des microgouttelettes noyau/coquille à travers une phase continue et la dépendance des propriétés physiques, y compris la tension superficielle, peuvent être quantifiés à l'aide d'un grand nombre de groupes sans dimension. Le nombre de Reynolds (\(Re\)), le nombre de Weber (\(We\)) et le nombre capillaire (\(Ca\)) sont trois des exemples les plus connus. \(We\), qui définit la capacité des gouttelettes à surmonter la résistance d'interface, et \(Ca\), qui représente l'équilibre entre les contraintes de cisaillement locales et la pression capillaire, permettent d'étudier les différents états pouvant survenir au cours d'une micro- le passage des gouttelettes et a un impact substantiel sur la transition entre les régimes d'écoulement individuels.

La condition de contact et l'effet de la tension interfaciale de la gouttelette noyau/coque.

Selon les points clés des dispositifs microfluidiques tels que la formation de gouttelettes, le transport, le tri53 et les performances, plusieurs schémas d'écoulement liquide-liquide-liquide courants ont été observés dans le microcanal (par exemple, goutte à goutte, jet, etc.). Ces schémas d'écoulement dépendent de la géométrie des microcanaux, de la taille des microcanaux, des jonctions d'entrée, de la mouillabilité des microcanaux et des propriétés du liquide. Comme mentionné précédemment, la formation de différents modèles de flux de microgouttelettes noyau/coquille dans le microcanal était contrôlée par la compétition entre la force visqueuse et la force de tension interfaciale. Ainsi, deux phases (coque et phases continues) qui jouent un rôle important dans la formation des gouttelettes ont été utilisées pour créer un modèle capable de prédire comment les modèles d'écoulement dépendent des vitesses et des propriétés du fluide.

Comme mentionné, la compétition entre l'inertie et la pression capillaire est modélisée à l'aide du nombre de Weber49 :

où \(\rho\) est la densité de phase, \(u\) est la vitesse de la microgouttelette, \(\sigma\) est la tension interfaciale entre les phases et \(d\) est le diamètre équivalent de la microgouttelette. Le nombre \(We\) reflète l'importance de l'énergie cinétique de la micro-gouttelette cœur/coquille par rapport à la résistance à la déformation de l'interface. Par conséquent, ce nombre intègre les propriétés des liquides du noyau et de la coque. \(We\), définit la tension interfaciale comme une mesure de la résistance d'une interface à l'engloutissement des gouttelettes. Selon la plage de diamètre des micro-gouttelettes et les changements de vitesse correspondants, le nombre \(Re\) de la gouttelette, défini comme \(Re=\rho ud/\mu\) 49, est d'environ 50 à 250. Alors que certaines des variables sont maintenues constantes, les variables relatives sont modifiées pour la variation des nombres mentionnés dans les limites standard. Outre le diamètre des gouttelettes cœur/enveloppe, ces valeurs incluent également les propriétés matérielles des trois phases. La gamme des variables pertinentes utilisées dans cette enquête est présentée dans le tableau 4.

Tout d'abord, l'évolution et la validation des gouttelettes dans le microcanal co-flow sont examinées dans cette section. Les résultats CFD de la formation de gouttelettes noyau / coque dans la configuration indiquée sont étudiés dans l'étape suivante, et les modèles d'écoulement de la formation de gouttelettes sont discutés. Enfin, un modèle phénoménologique pour l'estimation de l'épaisseur de coque est proposé.

Les résultats numériques ont été validés à l'aide de données expérimentales fournies par Li et al.,27 pour garantir leur exactitude. Ils ont expérimenté la formation de microgouttelettes de diacrylate de Dextran/silice@Poly (éthylène glycol)/silice à travers l'ester méthylique d'acide gras d'huile de soja en phase continue. En raison de la séparation de phase des solutions aqueuses de PEGDA et de DEX, le nouveau dispositif à microcanaux développé peut facilement préparer des microgouttelettes noyau-coque DEX@PEGDA. Trois nombres constants différents sont utilisés pour caractériser la tension interfaciale entre les phases noyau/coque, noyau/continu et coque/continu. En utilisant les propriétés respectives des matériaux et des conditions similaires comme indiqué dans le tableau 4, une simulation numérique a été effectuée. La figure 3 compare les séquences d'images expérimentales avec les simulations numériques du contour de la fraction volumique.

Comparaison de l'expérience27 et de la simulation numérique pour la formation de microgouttelettes cœur/coquille à différents rapports de débit de \({u}_{coquille} :{u}_{noyau}\), (a) 1 : 1, (b) 2:1, (c) 3:1 ; La barre d'échelle était de 250 µm.

Les résultats expérimentaux illustrés à la Fig. 3 indiquent que des microgouttelettes noyau-enveloppe DEX / silice @ PEGDA / silice de la même taille d'environ 300 µm ont été préparées avec succès à différents rapports de débit VPEGDA: VDEX. Des microgouttelettes de taille uniforme ont été produites par un débit total constant de phase aqueuse et de phase huileuse (phase continue). Cependant, les rapports de débit DEX/silice et PEGDA/silice font varier la taille du noyau et l'épaisseur de l'enveloppe. L'épaisseur de la coque de PEGDA était minimale lorsque le rapport des débits de VPEGDA à VDEX était de 1:1. Les figures 3b,c illustrent que lorsque le rapport VPEGDA:VDEX augmente, le noyau DEX/silice diminue tandis que la coque PEGDA/silice augmente. Lorsque les rapports de débit de VPEGDA:VDEX étaient respectivement de 1: 1, 2: 1 et 3: 1, le rapport épaisseur de coque / diamètre des microgouttelettes était de 1: 30, 1: 7 et 1: 5, respectivement. Les résultats montrent que les microgouttelettes cœur-coque constituées de DEX/silice@PEGDA/silice peuvent être facilement formées dans le dispositif à microcanaux en utilisant une variété de diamètres de cœur et d'épaisseurs de coque.

Comme illustré sur la figure 3, la simulation numérique reproduit bien le concept observé qualitativement. À titre d'exemple, les images expérimentales et numériques montrent la nucléation et la croissance des gouttelettes noyau/coquille, le détachement des gouttelettes noyau/coquille et la libération de la chaîne de gouttelettes noyau/coque. Les prédictions de la taille des gouttelettes noyau/enveloppe ont été comparées aux données expérimentales obtenues sur les mêmes intervalles de temps pour une validation quantitative. La figure 3 montre un accord étroit entre la simulation numérique et l'observation expérimentale. De plus, la taille de la gouttelette noyau/coquille après le détachement a été déterminée et comparée aux données expérimentales à différents rapports de débit de \({u}_{shell} :{u}_{core}\). La taille estimée de la gouttelette à ce moment-là était de \(309\, \upmu \mathrm{m}\), tandis que la valeur mesurée expérimentalement était de \(300\, \upmu \mathrm{m}\), indiquant une augmentation de 2,9 % erreur relative. Il convient de noter que le rapport des débits du noyau à l'enveloppe détermine à la fois la taille du noyau et l'épaisseur de l'enveloppe. Lorsque le rapport de débit de \({u}_{shell} :{u}_{core}=1:1\), la coque était excessivement mince (Fig. 3a). Comme on peut le voir sur les Fig. 3b, c, à mesure que le rapport \({u}_{shell} :{u}_{core}\) augmente, la phase de coque devient plus épaisse et la phase de noyau se rétrécit. Sur la base de ces résultats, il apparaît que la formation de microgouttelettes cœur/coque avec une large gamme de tailles de cœur et d'épaisseurs de coque dans un dispositif à microcanaux est relativement simple.

En général, la formation et le mouvement d'une gouttelette cœur/coquille dans un milieu microfluidique sont tridimensionnels. Par conséquent, les erreurs ont été causées par l'hypothèse de axisymétrique en deux dimensions. De plus, des erreurs peuvent détourner le paramètre mesuré du paramètre réel lors de l'évaluation des propriétés des fluides, en particulier la tension interfaciale entre trois phases (qui a un effet significatif sur le schéma d'écoulement). Certaines incohérences dans la forme des gouttelettes et la déformation de l'interface ont été observées en raison de ces imprécisions, mais généralement, le modèle numérique et les observations expérimentales étaient en bon accord, et la taille des gouttelettes noyau/enveloppe et le modèle d'écoulement ont été prédits avec une grande précision. Cependant, de telles inexactitudes et divergences n'ont aucun effet notable sur les schémas d'écoulement aux fins de cette enquête. Par conséquent, la simulation numérique a été vérifiée et utilisée pour analyser les schémas d'écoulement de la formation de gouttelettes noyau/coquille dans un milieu microfluidique à travers une phase continue.

Comme mentionné dans la revue de la littérature, la simulation d'écoulement diphasique, la formation de gouttelettes et la présentation de cartes d'écoulement diphasique à l'aide de dispositifs microfluidiques ont été largement étudiées. Mais dans le domaine de la simulation d'écoulement triphasique et de la formation de microgouttelettes cœur/coquille, une poignée d'études ont été réalisées. Jusqu'à présent, aucune carte des flux considérant trois phases n'a été présentée. Cette recherche vise à créer une carte de flux complète qui prend en compte tous les différents modèles en utilisant pour la première fois des nombres sans dimension.

La stabilité de l'écoulement dans le microcanal dépend linéairement du rapport de débit des phases, du nombre de capillaires de la phase continue et de la dynamique des microgouttelettes. Au début, un débit plus élevé dans la phase continue présente un gradient de vitesse plus élevé et une pression plus élevée sur l'interface, ce qui indique une force de cisaillement visqueuse plus grande et favorise ainsi l'allongement âme/filetage et l'amincissement du col, aboutissant finalement à la rupture de la dispersion. noyau ou fil dans des flux plus courts. Deuxièmement, un débit plus élevé des phases de coquille montre une inertie plus forte en raison du fait que la phase de coquille est alimentée en continu par une pompe. Par conséquent, l'inertie accrue de la phase de coque fournit une meilleure résistance aux processus d'allongement et d'amincissement induits par la phase continue, retardant la rupture et entraînant des écoulements plus longs.

Lorsqu'une gouttelette noyau/enveloppe se détache d'une pointe de micro-canal, divers paramètres tels que les propriétés physiques du fluide et la taille des gouttelettes peuvent influencer le passage de la gouttelette à travers la phase continue. Certains schémas d'écoulement peuvent apparaître lors de la transition d'écoulement dans le micro-canal en aval, en fonction des valeurs relatives des paramètres effectifs. En faisant varier les paramètres effectifs, cinq schémas d'écoulement principaux peuvent être observés : goutte à goutte noyau/coque, jet noyau/coque, bouchon noyau/coque, tubage et écoulements parallèles. Chacun des modèles d'écoulement sera étudié séparément dans les sections suivantes.

Les forces visqueuses qui tirent l'interface vers la rupture dominent sur les effets de tension interfaciale qui stabilisent la gouttelette en formation contre la rupture en mode goutte à goutte lorsque le nombre de capillaires de la phase continue augmente. La rupture se produit directement au niveau de la buse de la coque dans le micro-canal en mode goutte à goutte. La gouttelette conserve sa forme sphérique avec une taille inférieure au diamètre du canal en raison de la force de cisaillement visqueuse élevée qui provoque la rupture du fluide en phase coquille avant que la gouttelette émergente n'obstrue les micro-canaux. Lorsque la contrainte visqueuse reste constante, des gouttelettes uniformes se forment. Le régime goutte à goutte présente plusieurs avantages, notamment un contrôle facile et une reproductibilité remarquable.

La clé pour créer un flux de gouttelettes ou de limaces consiste à disperser une phase (la phase de coque) dans l'autre phase (phase continue) pour former des gouttelettes ou des limaces appropriées. En fait, les mécanismes de génération de gouttelettes et de limaces sont assez similaires. Les gouttelettes, comme illustré à la Fig. 4, ont des diamètres inférieurs à la profondeur ou à la largeur du micro-canal et ne subissent donc aucune déformation, tandis que les lingots, qui sont plus grands que ces dimensions, doivent subir une déformation pour s'adapter au micro-canal comme illustré à la Fig. 5. La transition d'un régime d'égouttement à un écoulement par bouchons est généralement accomplie en augmentant le flux de phase de coque et en diminuant le flux de phase continue. Lors d'un écoulement à bouchons, la surface d'interface entre les phases est fortement augmentée du fait de la présence d'une fine couche de la phase continue entre la paroi et chaque bouchon déformé. De plus, un écoulement vortex se forme dans la moitié supérieure du pion et un écoulement anti-vortex se forme dans la moitié inférieure du fait de la force de cisaillement entre le film mince et le pion. Parallèlement à cela, la force de cisaillement entre la paroi et la phase continue adjacente au slug induit deux écoulements tourbillonnaires internes de recirculation avec des sens de recirculation opposés. Ces flux tourbillonnants internes sont complètement chaotiques. Comme illustré dans les Fig. 4 et 5, l'épaisseur de la coque augmente en augmentant le rapport de vitesse de la phase de coque à la phase de noyau à une vitesse constante du fluide de la phase porteuse.

Régimes d'égouttement dans le micro-canal à co-écoulement pour la microgouttelette cœur/coquille ; Vitesse et épaisseur de la phase du noyau, de la coque et de la phase continue, respectivement : (a) 0,00088 m/s, 0,002126 m/s, 0,00655 m/s et 15,79 µm, (b) 0,00088 m/s, 0,003827 m/s, 0,00655 m/s et 31,16 µm, (c) 0,00088 m/s, 0,004678 m/s, 0,00655 m/s et 47,37 µm, (d) 0,00088 m/s, 0,005954 m/s, 0,00655 m/s et 62,34 µm.

Régimes de slug dans le micro-canal à co-écoulement pour microgouttelettes noyau/coque ; Vitesse et épaisseur de la phase du noyau, de la coque et de la phase continue, respectivement : (a) 0,000288 m/s, 0,000546 m/s, 0,0035 m/s et 17,65 µm, (b) 0,000288 m/s, 0,000682 m/s, 0,0035 m/s et 34,78 µm, (c) 0,000288 m/s, 0,000773 m/s, 0,0035 m/s et 52,94 µm, (d) 0,000288 m/s, 0,00091 m/s, 0,0035 m/s et 89,55 µm.

Une augmentation du débit de fluide continu ou de fluide de coque provoque une transition de l'égouttement au jet, dans lequel un long jet de liquide émerge du canal de phase de coque avant de se briser en gouttelettes. Le régime de jet est caractérisé par un flux (jet) du liquide interne qui s'étend dans le canal de sortie, des gouttelettes qui se pincent plus en aval et la pointe de la phase interne qui persiste dans le canal de sortie après la rupture. La formation de gouttelettes peut se produire plus fréquemment (1 à 2 ordres de grandeur) dans le régime de jet par rapport au régime de goutte à goutte. La figure 6 montre le régime de jet à différentes vitesses des trois phases noyau/enveloppe/support.

Régime de jet dans le micro-canal à co-écoulement pour microgouttelettes noyau/coque ; Vitesse et épaisseur de la phase centrale, de la coque et de la phase continue, respectivement : (a) 0,00729 m/s, 0,0165 m/s, 0,0455 m/s et 15,58 µm, (b) 0,00729 m/s, 0,021 m/s, 0,0455 m/s et 31,17 µm, (c) 0,00729 m/s, 0,03 m/s, 0,0455 m/s et 38,46 µm, (d) 0,00729 m/s, 0,0375 m/s, 0,0455 m/s et 54,55 µm.

Dans le régime de jet, plus de gouttelettes polydispersées sont formées lorsqu'elles sont soumises à des perturbations capillaires que dans le régime de goutte à goutte. Lorsque les forces visqueuses combinées du fluide continu et de l'inertie du fluide en coque sont supérieures aux forces de tension interfaciale, un jet se produit pour les courants liquides co-circulant. Selon l'argument de l'équilibre des forces, les jets dans les géométries à co-écoulement peuvent être classés comme des jets rétrécissants ou des jets élargissants.

Dans les limites du régime de tubage, la phase centrale s'écoule en continu dans la région centrale du canal, tandis que la phase de coque s'écoule dans l'anneau formé par la région centrale de la phase centrale, et la phase continue s'écoule également dans l'anneau formé par le centre de la phase de coque. et les parois du canal. À des débits relativement élevés de la phase de coque, de petites ondes et ondulations interfaciales peuvent être observées le long de l'interface. Cependant, dans la zone de visualisation, il n'y a pas de distinction le long du fil liquide. Dans la plupart des cas, la continuité du fil peut être maintenue sur une distance considérable.

Un noyau visqueux qui représente la majorité de la section transversale du micro-canal principal en aval de la jonction correspond au régime de tubage. Le régime de tubulure se produit normalement à de faibles débits en phase continue. Dans ce régime, trois phases s'écoulent à proximité l'une de l'autre, à l'exception du fait que la vitesse élevée des phases empêche la rupture de phase noyau/enveloppe et la formation de gouttelettes noyau/enveloppe. L'augmentation de la vitesse de la phase de coque, comme dans le régime d'égouttement, entraînera également une augmentation de l'épaisseur de la coque, comme le montre la figure 7.

Régime de tubulure dans le micro-canal à co-écoulement pour la microgouttelette noyau/coque ; Vitesse et épaisseur de la phase du noyau, de la coque et de la phase continue, respectivement : (a) 0,084 m/s, 0,1076 m/s, 0,0633 m/s et 18,18 µm, (b) 0,084 m/s, 0,1329 m/s, 0,0633 m/s et 27,27 µm, (c) 0,084 m/s, 0,1646 m/s, 0,0633 m/s et 63,63 µm, (d) 0,084 m/s, 0,1899 m/s, 0,0633 m/s et 76,12 µm.

L'écoulement laminaire dans le microcanal à co-écoulement est également connu sous le nom d'écoulement parallèle dans la littérature. L'écoulement laminaire se produit lorsque trois liquides non miscibles s'écoulent en continu et parallèlement les uns aux autres sans se disperser. Le transfert de phase noyau/enveloppe se produit par diffusion moléculaire entre les phases, et une interface uniforme, continue et stable est créée entre les trois lamelles liquides non miscibles. La structure d'entrée et la stabilité de l'interface sont les deux facteurs les plus importants dans la création d'un flux laminaire. Les facteurs importants affectant la stabilité de l'interface sont les débits élevés de phases, les propriétés physiques, la modification de surface, la structure de guidage, la paroi de séparation intermittente, la membrane microporeuse et le surfactant.

La différence de valeur de l'angle de contact entre ce régime et les régimes précédents est importante. Si l'angle de contact entre les trois phases est légèrement abaissé, la phase centrale se fixe d'abord au mur, puis la phase de coque se fixe à la phase centrale, et le fluide de la phase porteuse se fixe à la phase de coque et s'écoule avec elle. Par conséquent, ce régime pourrait être considéré comme distinct des régimes antérieurs. Cependant, dans cette étude, il a été tenté d'étudier les cinq régimes simultanément. Dans ce régime, l'augmentation de la vitesse de la phase de coque entraîne une augmentation de l'épaisseur de la phase de coque (Fig. 8).

Régime laminaire/parallèle dans le micro-canal à co-écoulement pour la microgouttelette cœur/coquille ; Vitesse et épaisseur de la phase du noyau, de la coque et de la phase continue, respectivement : (a) 0,0201 m/s, 0,04178 m/s, 0,0882 m/s et 42,86 µm, (b) 0,0201 m/s, 0,05849 m/s, 0,0882 m/s et 56,67 µm, (c) 0,0201 m/s, 0,06684 m/s, 0,0882 m/s et 85,71 µm, (d) 0,0201 m/s, 0,08356 m/s, 0,0882 m/s et 119 µm.

\({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\) ont été utilisés pour identifier des régimes d'écoulement distincts sur un large éventail de paramètres physiques, comme expliqué ci-dessus. La carte de flux décrit cinq régimes distincts : goutte à goutte noyau/coque, bouchon, jet, tube et flux laminaire/parallèle basé sur les valeurs \({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\) . À des nombres \({We}_{shell}\) faibles et à des nombres \({Ca}_{c}\) faibles, un flux de bouchons peut être observé, comme illustré à la Fig. 9. Un faible \({We}_ Le nombre {shell} \) indique soit une faible énergie cinétique des microgouttelettes, soit une tension interfaciale élevée. Par conséquent, la goutte n'a pas la capacité d'être entourée d'une phase continue. Le petit diamètre des gouttelettes, la faible densité et la viscosité élevée de la phase de coque contribuent tous à la vitesse lente de la gouttelette, qui est nécessaire pour une faible énergie cinétique. Étant donné que le diamètre de la microgouttelette cœur/coquille est une puissance de 4 dans la relation \({We}_{shell}\) simplifiée, elle exerce le plus de contrôle sur le nombre \({We}_{shell}\). Si le nombre \({Ca}_{c}\) est élevé, soit la tension superficielle est faible, soit la viscosité et la vitesse de la phase continue sont élevées. Par exemple, la phase de coque ne peut pas se former sous forme de gouttelette si la viscosité de la phase continue est élevée.

Carte de régime d'écoulement non dimensionnelle avec critères de transition pour la formation de microgouttelettes cœur/coque dans le microcanal à co-écoulement.

Aux grands nombres \({We}_{shell}\) et aux grands nombres \({Ca}_{c}\), un régime d'écoulement connu sous le nom d'écoulement de tube est généré. Pour un nombre \({We}_{shell}\) donné, l'énergie cinétique de la gouttelette est suffisamment élevée pour tirer et conserver une partie de la phase continue. Comme indiqué précédemment, le diamètre des microgouttelettes joue un rôle important et les gouttelettes plus grosses ont un nombre \({We}_{shell}\) plus grand. Ainsi, étant donné un flux substantiel de phase de coque, le risque d'un régime de tubage est élevé. Cependant, un autre paramètre, le nombre \({Ca}_{c}\) est crucial pour déterminer le régime. Pour le régime de tubes, non seulement un nombre élevé de \({We}_{shell}\) est nécessaire, mais également un nombre élevé de \({Ca}_{c}\).

Si la différence de vitesse entre les trois phases est insignifiante et que la vitesse de la phase continue est légèrement supérieure à celle des autres phases, le régime d'écoulement laminaire/parallèle se produit lorsque les trois phases sont placées côte à côte dans le microcanal en aval. En conséquence, en flux laminaire/parallèle, les nombres capillaires et Weber sont dans le même ordre. Dans le régime d'écoulement goutte à goutte, la vitesse de la phase coquille est faible et la vitesse de la phase continue est élevée, et l'inertie de la phase continue provoque la séparation de la phase coquille, qui s'écoule sous forme de gouttelettes en aval de la chaîne. Ce régime se produit dans les capillaires moyens et les faibles nombres de Weber. Maintenant, si la vitesse de la phase continue est si élevée que les gouttelettes formées collent ensemble dans la zone de mélange triphasée et qu'une longueur de jet est formée, le régime d'écoulement change en un jet, qui a un nombre de capillaires plus élevé que le régime d'égouttement.

Seul le nombre \({We}_{shell}\) est essentiel pour les faibles valeurs \({Ca}_{c}\) (\({Ca}_{c}<0.28\)), comme le montre la Fig. 9. Lorsque \({We}_{shell}\le 0.00294-0.00823{Ca}_{c}\), le schéma d'écoulement slug est vu, et lorsque \(0.00294-0.00823{Ca}_{c}\ le {We}_{shell}\le 0.20144-0.5576{Ca}_{c}\), le modèle d'écoulement goutte à goutte est observé. Pour les nombres \({Ca}_{c}\) intermédiaires (\(0.28<{Ca}_{c}<0.97\)), le régime d'écoulement de jet est observé lorsque \({We}_{shell}\le 4,548{Ca}_{c}-1,022\). L'énergie cinétique de la microgouttelette augmente à mesure que le nombre \({We}_{shell}\) augmente. De plus, pour des nombres \({We}_{shell}\) assez grands, le nombre \({Ca}_{c}\) est le seul paramètre important. Le régime d'écoulement laminaire/parallèle est déterminé lorsque \({Ca}_{c}>0,97\) et \(0,634-0,0915{Ca}_{c}\le {We}_{shell}\le 4,548{Ca} _{c}-1.022\). Lorsque \({We}_{shell}\) est élevé (\({We}_{shell}\ge 4.548{Ca}_{c}-1.022\)), en augmentant \({Ca}_{c }\) valeurs (\({Ca}_{c}>0.71\)), le régime d'écoulement du tube est observé. Il convient de noter qu'à des valeurs modérées de \({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\), la détermination du régime d'écoulement est linéairement liée aux deux nombres sans dimension.

Comme on le voit sur la figure 9, cinq modèles d'écoulement différents se produisent pour la formation de microgouttelettes noyau / coque dans le microcanal. Mais il y a des zones vides entre ces motifs pour les deux raisons suivantes :

Afin d'étudier de manière exhaustive tous les différents modèles d'écoulement, le nombre de Weber sans dimension de la phase de coque est varié sur une large plage. Par conséquent, la zone vide entre les motifs augmente. Semblables aux études antérieures sur les systèmes à deux phases, la majorité d'entre elles ont étudié deux modèles de parallèle et de tube ou deux modèles de goutte à goutte et d'écoulement par bouchons. Par conséquent, la zone vide sur la figure 9 atteint la valeur la plus basse possible si nous évaluons les modèles étudiés de cette manière (c'est-à-dire une carte de flux pour les deux modèles). La vitesse élevée de la phase de coque contribue également à l'instabilité du régime de jet. Le régime de jet qui se produit dans le microcanal est la forme la plus stable dans la région représentée sur la figure 9. La modification des conditions aux limites (débits) de chaque phase lors de la transition des modèles a permis de garantir la validité de l'étude.

Les géométries de microcanaux varient considérablement en termes de section transversale, de forme de canal principal et de configuration de connecteur pour le mélange. Le modèle d'écoulement et la taille des microgouttelettes noyau/enveloppe sont extrêmement affectés par la géométrie de la jonction triphasée et la région de mélange triphasée. En diminuant le diamètre du microcanal, la surface spécifique entre les phases shell/continues et les forces de surface augmentent tandis que les forces volumétriques diminuent. Par conséquent, la taille des microgouttelettes diminue. Étant donné que dans cette étude, un seul type de microcanal avec une taille spécifique a été étudié, on s'attend à ce que l'instabilité se produise à certains points qui ont été omis de l'enquête.

L'utilisation de cette carte de flux dans une application médicale est possible. En fonction de l'objectif de la formation et du développement de la microgouttelette noyau / coque dans le microcanal à co-écoulement, la condition appropriée peut être choisie. Le régime goutte à goutte/bouchon/jet est approprié pour des opérations telles que la transmission de fluides ou l'encapsulation de particules. Il est possible de transmettre un fluide à un autre via un troisième fluide (le fluide intermédiaire) en utilisant ce régime et des considérations supplémentaires. Des recherches supplémentaires sur ce sujet sont nécessaires. Le régime de goutte à goutte est maintenant utilisé pour améliorer le transfert de masse et le mélange entre deux liquides non miscibles stratifiés. Le régime d'écoulement tubulaire/laminaire peut être utilisé pour déplacer des fluides à travers une deuxième ou une troisième phase sans mélanger les phases ou provoquer beaucoup de déformation d'interface.

Ce travail se concentre exclusivement sur les situations dans lesquelles des microgouttelettes cœur/coquille peuvent se former et s'écouler en aval du microcanal à co-écoulement. En présence de nombres élevés de \({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\), la phase médiane est impossible pour former la microgouttelette noyau/coque. En conséquence, la carte de flux est créée pour le passage et l'état de flux. Le régime d'égouttement peut être étudié en profondeur et justifié dans des études futures. En outre, les régimes d'écoulement pour la formation de microgouttelettes noyau/coquille dans un autre microcanal pourraient être une question intéressante pour une enquête future.

Pour estimer l'épaisseur de la coque des gouttelettes formées dans le régime d'égouttement, une corrélation peut être exprimée en termes de vitesse du noyau, de la coque et de la phase continue, des tensions de surface et des propriétés physiques. À cette fin, en effectuant 51 simulations CFD pour différentes vitesses de trois phases, des gouttelettes de différentes tailles et épaisseurs de coque ont été formées. La figure 10 montre le rapport entre l'épaisseur de la coque et la taille des microgouttelettes en termes de rapport de vitesse de phase coque-cœur.

Le rapport entre l'épaisseur de la coque et la taille des microgouttelettes en termes de rapport de vitesse de phase coque-cœur ; Simulation CFD et étude expérimentale de Li et al.27.

Il existe trois groupes de points, comme le montre la figure 10, et chaque groupe est évalué à une vitesse constante de la phase centrale. La vitesse du fluide de la phase continue est faible (\(0.00655\, \mathrm{m}/\mathrm{s}\) et \(0.0033 \,\mathrm{m}/\mathrm{s}\)) dans la premier groupe, et la microgouttelette cœur/enveloppe obtenue a un diamètre de 309 µm et 421 µm, respectivement. D'autre part, on s'attend à ce que pour tous les points du premier groupe, l'épaisseur de la coque augmente à mesure que le rapport de la vitesse de phase coque-cœur augmente. (\({u}_{shell}=0.002126\frac{m}{s}-0.005954\frac{m}{s}\to Shell\,thickness=15.7\, \upmu \mathrm{m}-62.3\ , \upmu \mathrm{m}\)).

Dans le second groupe, la vitesse de la phase continue augmente relativement (\(0.011144 \,\mathrm{m}/\mathrm{s}\), \(0.012455\, \mathrm{m}/\mathrm{s}\) et \(0.01311\, \mathrm{m}/\mathrm{s}\)). En appliquant plus d'inertie au fluide en phase coquille, la taille des microgouttelettes cœur/coque est réduite à 228 µm, 203 µm et 191 µm, respectivement, et de la même manière, l'épaisseur de la coque diminue également. En conséquence, on s'attend à ce qu'en augmentant la vitesse du fluide de la phase porteuse, les points du deuxième groupe soient formés plus bas que les points du premier groupe. (\({u}_{shell}=0.002126\frac{m}{s}-0.008505\frac{m}{s}\to Shell\,thickness=3.4\, \upmu \mathrm{m}-29.4\ , \upmu \mathrm{m}\)).

La seule différence entre le troisième et le deuxième groupe est que la vitesse de la phase de coque en ces trois points est très élevée (\({u}_{shell}=0.0106232 \,\mathrm{m}/\mathrm{s}\ )), entraînant une augmentation significative de l'épaisseur de la coque. Les vitesses de phase continue des premier, deuxième et troisième points (à partir du haut) du troisième groupe sont de 0,01311 m/s, 0,012455 m/s et 0,011144 m/s, respectivement, et les diamètres du noyau/enveloppe obtenu les microgouttelettes mesurent respectivement 191 µm, 203 µm et 228 µm. Parce que le rapport de vitesse de phase coque-cœur (qui est constant) a augmenté, l'épaisseur de la coque a augmenté plus que dans le deuxième groupe avec un saut exponentiel.

Enfin, le but de cette section était de démontrer que la figure 10 fournit une compréhension complète des effets des valeurs de vitesse noyau/coque sur la taille des microgouttelettes noyau/coque et l'épaisseur de la coque.

En utilisant l'approche par champ de phase dans un microcanal à co-flux, la formation de microgouttelettes cœur/coquille à travers une troisième phase continue a été étudiée numériquement. Le modèle était axisymétrique et semblait avoir un flux laminaire. Les données expérimentales données dans la littérature ont été utilisées pour valider le modèle. Les simulations numériques de dynamique des fluides et les résultats expérimentaux étaient en bon accord. Tous les régimes d'écoulement possibles ont été identifiés et classés à l'aide d'une méthode de calcul. L'égouttement noyau/coque, le jet noyau/coque, le bouchon noyau/coque, les tubes et l'écoulement laminaire/parallèle ont été déterminés comme étant les cinq régimes d'écoulement principaux. La taille des microgouttelettes, la densité, la viscosité et la tension superficielle des phases sont les paramètres les plus importants. La compétition entre l'inertie et la pression capillaire a été décrite à l'aide du nombre \(We\), tandis que l'équilibre entre les contraintes de cisaillement locales et la pression capillaire a été décrit à l'aide du nombre \(Ca\). Les cinq régimes d'écoulement distincts ont été divisés en zones distinctes à l'aide de ces nombres sans dimension pour créer la carte des régimes d'écoulement. De plus, après avoir effectué 51 simulations CFD, une corrélation a été proposée pour l'estimation de l'épaisseur de la coque. Voici les résultats pour chaque régime d'écoulement :

Le régime d'écoulement slug se produit lorsque \({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\) sont faibles. Le régime d'écoulement est toujours slug flow pour \({Ca}_{c}<0.28\) et \({We}_{shell}\le 0.00294-0.00823{Ca}_{c}\).

À des nombres de Weber relativement plus élevés (\(0.00294-0.00823{Ca}_{c}\le {We}_{shell}\le 0.20144-0.5576{Ca}_{c}\)) et le même nombre capillaire (\( {Ca}_{c}<0.28\)) par rapport au régime slug, le régime goutte à goutte se produit. Dans ce régime, l'inertie de la phase continue est suffisamment élevée pour que la phase coquille soit complètement entourée par la phase continue.

En augmentant l'inertie de la phase continue, les gouttelettes s'agglutinent et créent une longueur de jet dans la zone de mélange triphasique. À des nombres capillaires modérés (\(0,28<{Ca}_{c}<0,97\)) et Weber \({We}_{shell}\le 4,548{Ca}_{c}-1,022\), le régime de jet C'est evident.

Le régime d'écoulement laminaire/parallèle est déterminé lorsque \({Ca}_{c}>0,97\) et \(0,634-0,0915{Ca}_{c}\le {We}_{shell}\le 4,548{Ca} _{c}-1.022\).

Le régime de tube se produit lorsque \({We}_{shell}\) et \({Ca}_{c}\) sont élevés. Le régime d'écoulement est un écoulement tubulaire pour \({We}_{shell}\ge 4.548{Ca}_{c}-1.022\) et \({Ca}_{c}>0.71\).

Les données sont disponibles avec la permission de [Salman Movahedirad]. Les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant, [Saeed Ghasemzade Bariki], sur demande raisonnable.

Numéro capillaire

Taille des microgouttelettes noyau/enveloppe (\(\upmu \mathrm{m}\))

Force de tension superficielle (\(\mathrm{kg}/{\mathrm{m}}^{2}\,{\mathrm{s}}^{2}\))

Accélération gravitationnelle (\(\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^{2}\))

Coefficient de mobilité (\({\mathrm{m}}^{2}/\mathrm{s}\))

Pression statique (\(\mathrm{Pa}\))

Le numéro de Reynold

Temps écoulé (\(\mathrm{s}\))

Vitesse du fluide (\(\mathrm{m}/\mathrm{s}\))

Numéro Weber

Taille caractéristique de l'interface (\(\upmu \mathrm{m}\))

Potentiel chimique (\(\mathrm{J}/\mathrm{kg}\))

Angle de contact (degré)

Viscosité dynamique (\(\mathrm{Pa\, s}\))

Densité (\(\mathrm{kg}/{\mathrm{m}}^{3}\))

Tension superficielle (\(\mathrm{N}/\mathrm{m}\))

Paramètre capillaire (\(\mathrm{N}/\mathrm{m}\))

Variable de champ de phase

Phase continue, phase porteuse

Phase centrale

Chaque compteur de phase

Phase de coque

Mur mouillé

Magnaudet, J. & Mercier, MJ Particules, gouttes et bulles se déplaçant à travers des interfaces nettes et des couches stratifiées. Annu. Rév. Fluid Mech. 52, 61-91 (2020).

Article ANNONCES MATH Google Scholar

Tan, J., Lu, Y., Xu, J. & Luo, G. Etude de modélisation du transfert de masse des systèmes de dispersion gaz-liquide-liquide. Sept. Purif. Technol. 108, 111-118 (2013).

Article CAS Google Scholar

Shum, HC, Bandyopadhyay, A., Bose, S. & Weitz, DA Double gouttelettes d'émulsion comme microréacteurs pour la synthèse d'hydroxyapatite mésoporeuse. Chim. Mater. 21, 5548–5555 (2009).

Article CAS Google Scholar

Hayes, R., Ahmed, A., Edge, T. & Zhang, H. Particules noyau-coquille : préparation, principes fondamentaux et applications en chromatographie liquide à haute performance. J. Chromatogr. A 1357, 36–52 (2014).

Article CAS Google Scholar

Murua, A. et al. Technologie de microencapsulation cellulaire : vers une application clinique. J. Contrôle. Version 132, 76–83 (2008).

Article CAS Google Scholar

Kumar, KS, Kumar, VB & Paik, P. Progrès récents dans les nanoparticules noyau-enveloppe fonctionnelles de polymères : synthèse, propriétés physiques et applications en biotechnologie médicale. J. Nanopart. 2013 (2013).

Chen, J., Clay, NE, Park, N.-H. & Kong, H. Particules non sphériques pour l'administration ciblée de médicaments. Chim. Ing. Sci. 125, 20-24 (2015).

Article CAS Google Scholar

Mahdavi, Z., Rezvani, H. & Moraveji, MK Nanoparticules noyau-enveloppe utilisées dans la microfluidique pour l'administration de médicaments : une revue. RSC Adv. 10, 18280–18295 (2020).

Annonces d'article Google Scholar

Galogahi, FM, Zhu, Y., An, H. & Nguyen, N.-T. Microparticules cœur-coquille : Approches de génération et applications. J. Sci. Adv. Mater. Appareils 5, 417–435 (2020).

Article CAS Google Scholar

Lui, D. et al. Particules noyau-coquille pour une libération contrôlable du médicament. Chim. Ing. Sci. 125, 108-120 (2015).

Article CAS Google Scholar

Pan, D., Chen, Q., Zhang, Y. & Li, B. Enquête sur la génération de gouttelettes composées W1/O/W2 à l'échelle millimétrique dans un dispositif à co-écoulement avec une structure en une étape. Ing. J. Ind. Chim. 84, 366–374 (2020).

Article CAS Google Scholar

Tomeh, MA & Zhao, X. Progrès récents en microfluidique pour la préparation de systèmes de délivrance de médicaments et de gènes. Mol. Pharm. 17, 4421–4434 (2020).

Article CAS Google Scholar

Wang, W., Zhang, M.-J. & Chu, L.-Y. Approche microfluidique pour l'encapsulation via des émulsions doubles. Courant. Avis. Pharmacol. 18, 35–41 (2014).

Article CAS Google Scholar

Zhang, H., Tumarkin, E., Sullan, RMA, Walker, GC & Kumacheva, E. Exploration des voies microfluidiques vers les microgels de polymères biologiques. Macromol. Rapid Commun. 28, 527-538 (2007).

Article CAS Google Scholar

Kang, N. et al. Les micelles de copolymères à blocs stéréocomplexes : Nanostructures cœur-coque avec une stabilité améliorée. Nano Lett. 5, 315–319 (2005).

Article ADS CAS Google Scholar

Blackburn, WH & Lyon, LA Synthèse contrôlée par la taille de nanogels noyau/coquille monodispersés. Polym colloïde. Sci. 286, 563-569 (2008).

Article CAS Google Scholar

Reiss, P., Protiere, M. & Li, L. Nanocristaux semi-conducteurs noyau/coquille. Petit 5, 154–168 (2009).

Article CAS Google Scholar

Ali, HS, York, P. & Blagden, N. Préparation de nanosuspension d'hydrocortisone par une technique de nanoprécipitation ascendante utilisant des réacteurs microfluidiques. Int. J.Pharm. 375, 107-113 (2009).

Article CAS Google Scholar

Watanabe, K. et al. Solubilité de La–Mg et La–Al dans BaTiO3. Solid State Ionics 108, 129-135 (1998).

Article CAS Google Scholar

Luo, J. et al. Activation catalytique de nanoparticules d'or assemblées noyau-coquille comme catalyseur pour l'électrooxydation du méthanol. Catal. Aujourd'hui 77, 127-138 (2002).

Article CAS Google Scholar

Templeton, A., Wuel, W. & Murray, RW Molécules de cluster protégées par une monocouche. Acc. Chim. Rés. 33, 27–36 (2000).

Article CAS Google Scholar

Gawande, MB et al. Nanoparticules cœur-coquille : synthèse et applications en catalyse et électrocatalyse. Chim. Soc. Rév. 44, 7540–7590 (2015).

Article CAS Google Scholar

Huang, L., Wu, K., He, X., Yang, Z. & Ji, H. Synthèse microfluidique en une étape de microcapsules d'alginate sphériques et en forme de balle avec une structure noyau-coque. Colloïdes Surf. A 608, 125612 (2021).

Article CAS Google Scholar

Gong, X., Peng, S., Wen, W., Sheng, P. & Li, W. Conception et fabrication de microsphères noyau/coque fonctionnalisées magnétiquement pour l'administration intelligente de médicaments. Adv. Fonct. Mater. 19, 292–297 (2009).

Article CAS Google Scholar

Ma, J., Wang, Y. & Liu, J. Les biomatériaux rencontrent la microfluidique : des technologies de synthèse aux applications biologiques. Micromachines 8, 255 (2017).

Article Google Scholar

Majedi, FS et al. Auto-assemblage assisté par microfluidique de nanoparticules à base de chitosane en tant qu'agents de délivrance de médicaments. Puce de laboratoire 13, 204–207 (2013).

Article CAS Google Scholar

Li, J., Zhang, F., Jiang, L., Yu, L. et Zhang, L. Préparation de microsphères cœur-enveloppe de silice @ silice à l'aide d'un système aqueux à deux phases dans un nouveau dispositif à microcanaux. Langmuir 36, 576-584 (2019).

Article Google Scholar

Knauer, A. et al. Nanoparticules double enveloppe Au/Ag/Au à distribution granulométrique étroite obtenues par synthèse en flux continu micro segmenté. Chim. Ing. J. 166, 1164–1169 (2011).

Article CAS Google Scholar

Van Nguyen, H. et al. Dispositif microfluidique centrifuge pour la synthèse à haut débit de nanoparticules cœur-coque Pd@ AuPt afin d'évaluer les performances de génération de peroxyde d'hydrogène. Puce de laboratoire 20, 3293–3301 (2020).

Article CAS Google Scholar

Sun, J. et al. Rigidité réglable des nanoparticules (noyau polymère)–(enveloppe lipidique) pour une absorption cellulaire régulée. Adv. Mater. 27, 1402–1407 (2015).

Article CAS Google Scholar

Costa, C. et al. Assemblage microfluidique tout-en-un de nano-in-microparticules sensibles au pH et chargées d'insuline pour l'administration orale d'insuline. Biomatière. Sci. 8, 3270–3277 (2020).

Article CAS Google Scholar

Panday, R. et al. Nanoparticules noyau-coquille amphiphiles : synthèse, propriétés biophysiques et applications. Colloïdes Surf. B 172, 68–81 (2018).

Article CAS Google Scholar

Liu, C., Feng, Q. & Sun, J. Nanovésicules lipidiques par microfluidique : Manipulation, synthèse et administration de médicaments. Adv. Mater. 31, 1804788 (2019).

Article CAS Google Scholar

Ghobashy, MM, Mousaa, I. & El-Sayyad, GS Synthèse par rayonnement d'enveloppes de noyau d'urée/hydrogel enrobées de trois huiles naturelles différentes via une approche couche par couche : une enquête sur leur libération lente et leurs effets sur la croissance des plantes rhizobactéries. Programme. Org. Manteau. 151, 106022 (2021).

Article CAS Google Scholar

Angelo, LM, França, D. & Faez, R. Biodégradation et viabilité des engrais microencapsulés à base de chitosane. Glucides. Polym. 257, 117635 (2021).

Article CAS Google Scholar

Dimkpa, CO et al. Synthèse et caractérisation de nouveaux nanofertilisants Zn-urée à double coiffage et application dans l'apport de nutriments au blé. Environ. Sci. Adv. 1, 47–58 (2022).

Article Google Scholar

Lui, Y. et al. Encapsulation et caractérisation d'engrais microbien à libération lente à partir des composites de bentonite et d'alginate. Appl. Argile Sci. 109, 68–75 (2015).

Article Google Scholar

de Carvalho Arjona, J., das Graças Silva-Valenzuela, M., Wang, S.-H. & Valenzuela-Diaz, FR Microcapsules nanocomposites biodégradables pour une libération contrôlée d'urée. Polymères 13, 722 (2021).

Article CAS Google Scholar

Navarro-Guajardo, N. et al. Cire de candelilla comme matrice naturelle à libération lente pour les engrais encapsulés par pulvérisation réfrigérante. J. Renouveler. Mater. 6, 226-236 (2018).

CAS Google Scholar

Fang, W., Yang, J., Gong, J. et Zheng, N. Libération déclenchée par la photo et le pH de médicaments anticancéreux à partir de nanoparticules mésoporeuses de Pd @ Ag recouvertes de silice. Adv. Fonct. Mater. 22, 842–848 (2012).

Article CAS Google Scholar

Chen, C. et al. Préparation et caractérisation du microgel OSA/CS core-shell : propriétés in vitro de libération et de dégradation des médicaments. J. Biomater. Sci. Polym. Éd. 24, 1127-1139 (2013).

Article CAS Google Scholar

Wu, W., Zhou, T., Berliner, A., Banerjee, P. & Zhou, S. Nanogels hybrides noyau-coque intelligents avec noyau de nanoparticules d'Ag pour l'imagerie des cellules cancéreuses et coque de gel pour l'administration de médicaments à pH régulé. Chim. Mater. 22, 1966-1976 (2010).

Article CAS Google Scholar

Mamaeva, V. et al. Nanoparticules de silice mésoporeuses comme systèmes d'administration de médicaments pour l'inhibition ciblée de la signalisation Notch dans le cancer. Mol. Là. 19, 1538-1546 (2011).

Article CAS Google Scholar

Sahiner, N. & Ilgin, P. Synthèse et caractérisation de nanoparticules polymères souples et de composites aux propriétés accordables. J. Polym. Sci. Partie A Polym. Chim. 48, 5239–5246 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Biswas, KG, Patra, R., Das, G., Ray, S. et Basu, JK Effet de l'orientation de l'écoulement sur l'écoulement liquide-liquide dans un tube capillaire. Chim. Ing. J. 262, 436–446 (2015).

Article CAS Google Scholar

Chinaud, M., Roumpea, E.-P. & Angeli, P. Études de la formation de bouchons dans les écoulements liquide-liquide à microcanaux à l'aide de techniques avancées de vélocimétrie par images de particules. Exp. Thermie. Fluid Sci. 69, 99–110 (2015).

Article CAS Google Scholar

Plouffe, P., Roberge, DM & Macchi, A. Régimes d'écoulement liquide-liquide et transfert de masse dans divers micro-réacteurs. Chim. Ing. J. 300, 9–19 (2016).

Article CAS Google Scholar

Tsaoulidis, D. & Angeli, P. Effet de la taille du canal sur l'écoulement piston liquide-liquide dans les petits canaux. AIChE J. 62, 315–324 (2016).

Article CAS Google Scholar

Wu, Z., Cao, Z. & Sundén, B. Modèles d'écoulement liquide-liquide et hydrodynamique des limaces dans des microcanaux carrés de jonctions en forme de croix. Chim. Ing. Sci. 174, 56–66 (2017).

Article CAS Google Scholar

Nunes, J., Tsai, S., Wan, J. & Stone, HA Gouttes et jets dans des écoulements multiphasiques microfluidiques appliqués à la synthèse de particules et de fibres. J.Phys. Appl. Phys. 46, 114002 (2013).

Annonces d'article Google Scholar

Fu, T., Wu, Y., Ma, Y. & Li, HZ Formation de gouttelettes et dynamique de rupture dans les dispositifs microfluidiques de focalisation de flux : de l'égouttement au jet. Chim. Ing. Sci. 84, 207-217 (2012).

Article CAS Google Scholar

Kashid, MN & Agar, DW Hydrodynamique du microréacteur capillaire à flux liquide-liquide : régimes d'écoulement, taille du lingot et chute de pression. Chim. Ing. J. 131, 1–13 (2007).

Article CAS Google Scholar

Yagodnitsyna, AA, Kovalev, AV & Bilsky, AV Modèles d'écoulement d'un écoulement liquide-liquide non miscible dans un microcanal rectangulaire avec jonction en T. Chim. Ing. J. 303, 547–554 (2016).

Article CAS Google Scholar

Cubaud, T. & Mason, TG Fils capillaires et gouttelettes visqueuses dans des microcanaux carrés. Phys. Fluides 20, 053302 (2008).

Article ANNONCES MATH Google Scholar

Dessimoz, A.-L., Raspail, P., Berguerand, C. & Kiwi-Minsker, L. Critères quantitatifs pour définir les schémas d'écoulement dans les micro-capillaires. Chim. Ing. J. 160, 882–890 (2010).

Article CAS Google Scholar

Filimonov, R., Wu, Z. & Sundén, B. Vers une modélisation et une simulation informatiques efficaces de la formation de gouttelettes dans les jonctions de microcanaux. Chim. Ing. Rés. Dés. 166, 135–147 (2021).

Article CAS Google Scholar

Jafari, R. & Okutucu-Özyurt, T. Simulation numérique de l'écoulement bouillant d'une cavité artificielle dans un microcanal. Int. J. Chaleur Masse Transf. 97, 270-278 (2016).

Article CAS MATH Google Scholar

Jamalabadi, MYA, DaqiqShirazi, M., Kosar, A. & Shadloo, MS Effet de l'angle d'injection, du rapport de densité et de la viscosité sur la formation de gouttelettes dans une jonction en T microfluidique. Théor. Appl. Méca. Lett. 7, 243-251 (2017).

Article Google Scholar

Soroor, M., Targhi, MZ & Tabatabaei, SA Étude numérique et expérimentale d'un dispositif microfluidique à base de gouttelettes à focalisation de flux. EUR. J. Mech. B Fluides 89, 289–300 (2021).

Article ADS MathSciNet Google Scholar

Wang, D. et al. Modélisation numérique et analyse de l'impression par jet électrohydrodynamique coaxial. Sci. Rép. 12, 1–17 (2022).

Google Scholar

Farhadi, J., Sattari, A. & Hanafizadeh, P. Passage d'une bulle montante à travers une interface liquide-liquide : une carte de flux pour différents régimes. Peut. J. Chem. Ing. 100, 375–390 (2022).

Article CAS Google Scholar

Boyer, F., Lapuerta, C., Minjeaud, S., Piar, B. & Quintard, M. Modèle de Cahn–Hilliard/Navier–Stokes pour la simulation d'écoulements triphasés. Transp. Médias poreux 82, 463–483 (2010).

Article MathSciNet Google Scholar

Peng, X., Wang, X., Du, Z. & Zeng, F. Simulations de champ de phase d'un film précurseur dans l'imbibition microcapillaire pour les systèmes liquide-liquide. Int. J. Multiph. Flux 144, 103789 (2021).

Article MathSciNet CAS Google Scholar

He, Q. & Kasagi, N. Simulation de champ de phase d'un écoulement biphasique à petit nombre de capillaires dans un microtube. Fluide Dyn. Rés. 40, 497 (2008).

Article ADS MathSciNet MATH Google Scholar

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Ce travail est basé sur des recherches financées par la Fondation nationale iranienne des sciences (INSF) dans le cadre du projet n ° 4012815.

École de génie chimique, Université iranienne des sciences et technologies, Téhéran, 16846-13114, Iran

Saeed Ghasemzade Bariki et Salman Movahedirad

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SGB ​​a rédigé le texte principal et préparé des figures et des tableaux. Les deux auteurs (SGB et SM) ont révisé le manuscrit.

Correspondance à Salman Movahedirad.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Bariki, SG, Movahedirad, S. Une carte de flux pour la formation de microgouttelettes noyau / coque dans le microcanal à co-flux utilisant un modèle numérique de champ de phase ternaire. Sci Rep 12, 22010 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26648-3

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Reçu : 16 octobre 2022

Accepté : 19 décembre 2022

Publié: 20 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-26648-3

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