环形液滴是一种截面为圆形的环状结构,在生物器官的制备中具有广泛的应用前景。利用3D打印技术制备具有环形自由界面的形貌结构是目前材料工程、生物医学领域最为常用的方法,可以用于水凝胶的成型、生物组织器官的重构等。本课题以具有自由表面的流体在3D打印中所面临的关键科学问题为研究背景,以悬浮在粘性液体中的环形液滴为主要研究对象,以液-液相中环形液滴的动力学特性为主要研究目标,开展了系统的实验研究与数值研究,揭示了环形液滴的成环机理、断裂机制和动力学特性。并与光固化3D打印技术相结合,探究环形液滴在实际工程中的应用前景。数值研究方面,考虑液-液相的相互作用,基于Level-Set方法建立了环形液滴的二维数学物理模型,模拟了环形液滴在粘性液体中的断裂过程,分析了不同界面张力、粘度对环形液滴破裂的影响。数值结果表明,环形液滴的断裂由初始的长径比决定,随着长径比的增加,其断裂成小液滴的个数增加。在实验研究方面,通过搭建的环形液滴实验装置,观测了环形液滴的演化过程,揭示了环形液滴的动力学特性和非线性演化规律。首先对环形液滴的成环机理进行了研究,结果表明是否能成环受旋转速度、界面张力等因素的影响。其次,实验研究了环形液滴的断裂特性。发现环形液滴在液相环境中,会缓慢向中心收缩,然后由于Rayleigh-Plateau不稳定性裂变成多个液滴,且环形液滴破碎的个数随长径比的增加而线性增加。最后,开展了环形液滴的动力学特性研究,探究了界面张力和粘度对悬浮在粘性油中环形液滴动力学特性的影响。结果表明,界面张力决定环形液滴的初始平衡状态的形貌。随着界面张力的减小,环形液滴越不容易发生收缩形变,裂变越缓慢,裂变相同个数小液滴的时间也越长。粘滞应力有助于稳定界面,抑制界面张力导致的液环破裂。在应用方面,将环形液滴制备与光固化技术结合,利用环形液滴的动力学特性精确调控所制备的固态环的规格,并可通过控制形变时间得到形貌各异的环状结构。固态环的制备技术为后续环形液滴在工程中的应用提供了帮助。