液體滴流微反應(yīng)器的關(guān)鍵在于制備頻率可控大小的液滴；同時，根據(jù)需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或分析，所得到的微滴往往需要進(jìn)行下一步的聚合和分裂等等。采用微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計，或輔以外場(如電場、磁場和微加熱原始材料等)，是控制微液滴行為最簡單的方法。本論文主要討論水力學(xué)結(jié)構(gòu)在非外場中的作用。

水滴的生成實際上是一相流體在另一相沒有互溶或不完全溶解的流體中的分散過程，通常是使用不同的裝置結(jié)構(gòu)形成不穩(wěn)定的表面。液滴制備方法可分為自上而下和自下而上兩大類。前一種方法有傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌、噴霧、微孔乳化、微孔膜乳化、微通道陣列乳化等，這類方法主要利用連續(xù)相和分散相間剪切力帶來的界面不穩(wěn)定性制備大量乳液，雖然操作簡單，但能耗大，產(chǎn)生液滴尺寸分布寬，過程不易控制等缺點。相比而言，基于微流控技術(shù)的自底向上位法制備微滴更加靈活可控，并且利用微流道中的微滴分散可以對微滴的大小、形態(tài)、組成進(jìn)行精確控制，從而獲得大小均勻、易于調(diào)節(jié)等顯著優(yōu)點。

根據(jù)在產(chǎn)生液滴位置附近的流場信息，微通道分散分為同軸流場中的斷裂、錯流流場中的斷裂以及拉伸流場中的斷裂等。相應(yīng)通道主要有同軸環(huán)管、T型錯流微通道、水力學(xué)聚焦微通道等。為改善液滴的單分散性和避免不必要的聚合過程，常采用表面活性劑在連續(xù)相和和分散相中以降低相間合。通過“梳齒”狀溝道結(jié)構(gòu)變化和外場實現(xiàn)液滴的可控聚集。為增加流阻，在腔室內(nèi)設(shè)置多個支柱組，使前一滴在腔室減速至停止運(yùn)動，等待與下一滴融合直到水力學(xué)壓力超過表面張力時，融合液滴開始繼續(xù)運(yùn)動。

通過調(diào)整支柱組的間距和數(shù)目、融合液滴的大小和速度，可以控制融合過程。本系統(tǒng)可在40秒內(nèi)完成液滴融合，實現(xiàn)液滴內(nèi)成分的混合，有效地實現(xiàn)了液滴在兩個液柱的混合周期為7ms左右。在有表面活性劑存在的體系中，進(jìn)一步增加電場，從而擴(kuò)大了體系的適用范圍，實現(xiàn)液滴的可控融合。支撐組的存在，使得液滴之間的距離足夠近，電場的存在破壞了液滴間的油膜，有效地促進(jìn)了融合過程。

熔合后的液滴可以再次分散成較小的液滴，從而有效地調(diào)節(jié)液滴的體積和組成，從而實現(xiàn)液滴陣列的高效生產(chǎn)。從主通道到分枝通道，流線在這里被分成多個部分。水滴受流場的影響，當(dāng)粘滯剪切力超過表面張力時，將發(fā)生破裂。顆粒分裂后的研究主要集中在T型通道上。在達(dá)到T型分枝后，液滴的行為取決于其延伸長度l0和毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)Ca。發(fā)生斷裂的流動類型B和C，而在A區(qū)內(nèi)并沒有發(fā)生斷裂，這取決于液滴能否充滿T形分支點(C)或與壁之間的溝槽(B)。試驗結(jié)果與二維理論分析結(jié)果十分吻合，提出了臨界長度的概念。豎線表示斷裂處是否存在空腔區(qū)的臨界長度l0/w，實線是文獻(xiàn)中理論預(yù)測的結(jié)果，短劃線就是參考文獻(xiàn)中理論預(yù)測的結(jié)果。

對于T型流道，可以獲得相同體積的液滴，但不對稱的流道結(jié)構(gòu)對液滴破裂過程有較大的影響。設(shè)置障礙物可使液滴在流道內(nèi)被動破裂，改變障礙物在流道內(nèi)位置的不對稱性變化，可控制兩個子液滴的相對尺寸，同時也可設(shè)置多級障礙物，使子液滴進(jìn)一步斷裂為較小的液滴。采用VOF數(shù)值模擬方法計算非對稱T形通道中液滴(等長不等寬)的破裂過程，并用潤滑理論近似的方法進(jìn)行理論分析，驗證其數(shù)值模擬結(jié)果。通過對通道內(nèi)液滴破裂時間、壓降隨通道結(jié)構(gòu)的變化等主要影響因素進(jìn)行了探討。并對模型進(jìn)行了實驗驗證，并建立了非對稱T形通道內(nèi)預(yù)測液滴斷裂流型、液滴體積比及母液滴破裂點的理論公式，與實驗結(jié)果相符。