A numerical study on the dynamics of droplet formation in a microfluidic double T-junction

毛细管数 粘度 微流控 机械 表面积体积比 材料科学 毛细管作用 流量(数学) 体积分数 流体体积法 纳米技术 热力学 物理 复合材料
作者
Ich-Long Ngo,Thuy D. Dang,Chan Byon,Sang Woo Joo
出处
期刊:Biomicrofluidics [American Institute of Physics]
卷期号:9 (2) 被引量:42
标识
DOI:10.1063/1.4916228
摘要

In this study, droplet formations in microfluidic double T-junctions (MFDTD) are investigated based on a two-dimensional numerical model with volume of fluid method. Parametric ranges for generating alternating droplet formation (ADF) are identified. A physical background responsible for the ADF is suggested by analyzing the dynamical stability of flow system. Since the phase discrepancy between dispersed flows is mainly caused by non-symmetrical breaking of merging droplet, merging regime becomes the alternating regime at appropriate conditions. In addition, the effects of channel geometries on droplet formation are studied in terms of relative channel width. The predicted results show that the ADF region is shifted toward lower capillary numbers when channel width ratio is less than unity. The alternating droplet size increases with the increase of channel width ratio. When this ratio reaches unity, alternating droplets can be formed at very high water fraction (wf = 0.8). The droplet formation in MFDTD depends significantly on the viscosity ratio, and the droplet size in ADF decreases with the increase of the viscosity ratio. The understanding of underlying physics of the ADF phenomenon is useful for many applications, including nanoparticle synthesis with different concentrations, hydrogel bead generation, and cell transplantation in biomedical therapy.
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