Generalized correlation for predicting the droplet size in a microfluidic flow-focusing device under the effect of surfactant

肺表面活性物质 流动聚焦 物理 微流控 毛细管作用 机械 毛细管数 粘度 流量(数学) 航程(航空) 相(物质) 纳米技术 热力学 材料科学 复合材料 量子力学
作者
Minh Duc Nguyen,Tran Khac Vu,Cư Trung Đặng,Gyu Man Kim,Trung‐Dung Dang,Hong Duc Ta,Ich-Long Ngo
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:34 (3) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/5.0084872
摘要

This paper describes an investigation on the dynamic behavior of droplet formation in a microfluidic flow-focusing device (MFFD) under the effect of surfactant using a phase-field method and the Koterweg stress applied in Navier–Stokes equations. The effects of variously important parameters, such as capillary number (Ca0), water fraction (wf), the viscosity ratio (α), and particularly surfactant concentration (cb), were examined. Consequently, the numerical results match the experimental ones. Additionally, the droplet formation is significantly affected by the surfactant, and the droplet size decreases with increasing cb for the whole range of both wf and Ca0. Based on the extensive study, the phase diagrams with two main modes, namely, dropping and threading, are provided. A mountain shape of the dropping mode was found, and this mode can be extended for higher wf with the presence of surfactant. In particular, new generalized correlations as a function of wf, Ca0, and cb are first proposed for predicting quickly and effectively the droplet size. Furthermore, the droplet formation depends significantly on α. With the presence of surfactant, smaller size of the droplet forms and the threading mode occurs at very high α. The results obtained in this study are very useful for understanding the dynamic behavior of droplet formation in MFFDs, which can be used in potential applications such as biomedical and drug delivery systems.

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