微流控液滴由于具有比表面积大、尺寸均匀和稳定易控等的优势,已经被广泛应用于生物医学、航空航天、能源利用和化学工程等各个领域。实现对液滴尺寸和生成频率等重要参数的精准控制对于各种工程应用都具有十分重要的意义。限制在微米尺度下的两相流动呈现出很多与宏观尺度下不一样的性质,如表面/界面张力和粘性剪切力等占主导地位。此外,工业和自然界中的众多流体如血液、蛋白质溶液和聚合物溶液等都呈现出复杂的非牛顿特性,且在微尺度下会更加显著。因此研究液滴在非牛顿流体中的生成机理是十分必要的,而当前相关研究尚不完善。为了研究液滴在非牛顿流体中的生成状况,本研究搭建了一套基于显微成像技术的微流控实验系统,观测了流动聚焦微通道内正癸烷微液滴在牛顿和非牛顿连续相中的生成现象。为了研究通道结构的影响,制作了 I型和II型两种不同结构的流动聚焦液滴生成装置。此外,本研究还采用开源CFD计算平台OpenFOAM中的interFoam求解器模拟了连续相流变参数对液滴生成的影响。实验观测表明,整个液滴生成过程可分为三个阶段,但是每个阶段内的形态变化会由于通道结构和连续相非牛顿特性的不同而有所区别。当连续相为牛顿流体时,液滴的尺寸、生成频率和液滴速度均随着两相流率比的增大而增大,液滴尺寸会与两相流率比呈幂律关系,而液滴的生成频率和液滴速度则会表现为两相流率比的线性函数。在II型装置中,通道结构的变化会导致液滴的断裂位置发生改变,描述液滴尺寸和生成频率的函数关系也因此分成两段,而液滴的移动速度则基本不受影响。当连续相为非牛顿流体时,一些适用于牛顿连续相的公认的定律仍然有效,如液滴尺寸仍表现为两相流率比的幂律函数,液滴生成频率也仍然随着两相流率比的增大线性增加。然而,此时的液滴生成状态也会表现出一些新的特性。在I型装置中,生成液滴的形态出现明显变化,液滴会在连续相非牛顿特性的作用下被拉长成条状,此时的形变指数与两相流率比呈幂律关系。在II型装置中,液滴的断裂位置均出现在缩口结构之前,因此液滴尺寸和生成频率随两相流率比关系中也并未出现明显的分段现象。当连续相的非牛顿特性较强时,相邻液滴之间的间距逐渐消失,主通道内的液滴出现挤压变形现象,此时液滴的形变指数为负数。研究发现,当离散相流率较小时,无论怎么调整连续相流率都不会出现液滴积聚现象,即液滴的形变指数一直为正数;而当离散相流率较高时,液滴的形变指数会随着两相流率比的增加先减小至负值而后又逐渐增大。此外,当连续相为非牛顿流体时,液滴速度也会受到影响,不再表现为两相流率比的线性函数,而是一个二次方的多项式关系。本文还采用数值模拟的方法研究了非牛顿连续相的幂律指数n和稠度系数K对液滴生成过程中各参数的影响。随着n和K的增加,生成液滴的无量纲长度和相邻液滴之间的间隔都呈现下降的趋势,这主要是由于连续相表观粘度的增大造成的。这种下降趋势会在滴状向射流状的过渡阶段更加显著,而在射流状流型内则非常小。相反,液滴的生成频率和液滴速度则会随着K和n的增大而增大。相比改变连续相的稠度系数,幂律指数的变化对液滴生成的影响更加显著。此外,本文还考虑到幂律连续相的流变参数提出了一种计算微通道内幂律流体流动平均剪切率的方法,可以以此为基础计算出连续相的毛细数,进而关联了预测液滴尺寸和生成频率的模型。此模型可以很好的预测挤压状和滴状流型中液滴的生成状态。本研究有助于填补以非牛顿流体为连续相时液滴微流控技术的空白,对于工程应用中控制水包油液滴的生成具有一定的指导意义。