圆柱阵列微通道中复杂流体的流动行为分析

2017-03-07李家丞东北石油大学黑龙江大庆163000

化工管理 2017年36期

李家丞（东北石油大学，黑龙江大庆 163000）

圆柱阵列微通道中复杂流体的流动行为分析

李家丞（东北石油大学，黑龙江大庆 163000）

为了对圆柱阵列微通道中的复杂流体进行分析，可以使用法琳效应产生的无细胞血浆对大血液进行释放，保证能更好的预测的操控流体。在文章中，将血液作为一种复杂流体，对其静态和动态血细胞浓度进行分析，研究其在圆柱阵列微通道中规律，以保证为各个组成部分提供有效的操控、分离思路。

圆柱阵列；微通道；复杂流体；流动行为

复杂流体是在气、液以及固等二元、多元混合物流体，受剪切以及外场作用的影响，产生复杂的流变行为。当前，对复杂流体进行研究过程中，还面对更大挑战。因此，基于微流体技术，对其性能充分分析，分析血液或者一些复杂流体行为，保证能为以后研究工作和实际应用提供依据。

1 实验

在实验中，需要对材料和仪器进行选择。一般情况下，要选择全血、70%浓度的血细胞。在对其使用前期，要为其增加生理盐水对其稀释，保证混合后对其过滤使用。血液中，最为主要的成分为红细胞，所以，将其作为复杂流体更为合适。还需要对微流控装置进行设计，基于圆柱阵列微通道，分析血液流体其中的实际状况。在圆柱阵列微通道中，基于34个沿微通道中心线，并按照一定间距组成。在前期研究过程中，是利用法琳效应对其设计，发现受惯性力、红细胞形变的影响，远离圆柱。当发现圆柱阵列微通道中的流体性质变化的时候，法琳效应也会逐渐改变[1]。

基于实验的分析，发现红细胞浓度对尾迹宽度、细胞分布将产生一定影响。基于显微镜的观察，发现随着血细胞浓度的改变，圆柱阵列微通道下游尾迹、细胞分布也会改变。动态的红细胞浓度对尾迹宽度也会产生影响，基于对注射器竖直放置的分析，按照时间变化对其观察和记录尾迹宽度。减阻剂对尾迹宽度也会产生一定影响，基于相关研究发，当将微量的减阻剂加入到血液中，能降低法琳效应，以免其产生血浆层，保证红细胞的均匀分布。同时，为了更为有效的分析血液样品中的减阻剂，还需要重点观察圆柱阵列微通道中不同红细胞浓度对尾迹宽度、细胞分布情况产生的影响。如：圆柱阵列微通道中的圆柱直径为80μm和100μm，发现血液样品的流量恒定为50μL/h，当PEO降低，发现减阻剂在10ppm,需要对其现配现用，这样不仅能促进实验工作的完成，也能获得更为有效结果[2]。

2 结果分析

2.1 分析尾迹宽度和细胞分布下血细胞的浓度变化

基于恒定5000μL/h流量，不同的血细胞浓度在圆柱阵列微通道中的尾迹情况。当发现为全血状态的时候，观察无细胞无浆层。但是，随着血细胞浓度的逐渐降低，发现在圆柱阵列微通道下游区域存在尾迹。当血液细胞的浓度逐渐降低的时候，其具备的法琳效应也不断增强。尾迹的产生，在边界位置为细胞富集带，其产生的细胞浓度更高。基于对尾迹宽度和血液血细胞浓度关系的分析，当发现血液浓度达到全血的时候，在圆柱阵列微通道中没有发现尾迹，也不容易对其测量。当血细胞浓度达到1.7%以下后，发现尾迹宽度达到33μm。随着血细胞浓度的逐渐增加，其具备的尾迹也在逐渐降低[3]。在相同的圆柱阵列微通道中，不同血液样品受到的升力是相同的，但尾迹宽度更为明显。所以说，在血液流体流动中，细胞之间具备主导作用，根据尾迹宽度、血液浓度大小进行判断，能预测出流体的特征。

2.2 分析尾迹宽度下动态血细胞的浓度变化

当在自然沉降3小时内，注射器底部的血液样品浓度更高。期间，可以将注射器竖直摆放，发现血细胞受重力的影响重新沉降。这时候，发现另一边的浓度不断降低。当经过一段时间后，再次将其竖直摆放，发现注射器出口位置的血细胞浓度不断增加。如果初始浓度为6.4%，分析血压细胞积动态和尾迹宽度规律。当还未发现自然沉降现象的时候，对其进行竖直摆放，发现血细胞浓度对随着重力作用影响逐渐增大。同时，由于时间的不断增加，发现血液在圆柱阵列微通道中更宽。所以说，在圆柱阵列微通道中，血液会随着时间的不断变化逐渐变窄，其颜色也逐步加深[4]。

2.3 分析减阻剂对细胞流体分布影响

当血细胞与中心线远离，并在壁面位置富集的时候，发现在近壁面的血液颜色更深。基于不同的血液浓度，为其增加PEO发现，随着血细胞浓度的逐渐降低，血液样品的尾迹也更为清晰。但是，发现中心线位置存在的深色细带逐渐消失。尾迹为一种复杂的分层结构，从血液到壁面，一共为五层。如果受粘弹性作用以及圆柱阵列微通道惯性的影响，其颗粒也会表现为复杂的分层现象。所以说，但发现血液为复杂分层分布的时候，可以根据血液的分离流动，对其进一步实验，重点研究减阻剂与细胞之间的作用，保证能对复杂流体实现检测和分离。