气—液弹状流在微小分支型三通相分配特性模拟研究

发布时间：2022-11-05 08:48

　　微型管道有多种形式,其中微小分支型三通作为一种特殊形式广泛应用于微/纳机电系统、电子冷却、食品工程等领域。当气-液两相流流经三通时,由于三通结构特性及气液两相流体性质的差异,流体流经下游支管时,两支管气液相含量会与主管产生差异,这种现象称为相分配不均。微小三通常作为微电子设备换热器的元件,相分配不均会造成下游支管干度不同,影响其传热性能,严重时会造成设备的损坏。本文采用计算流体力学的方法,在固定弹状流气泡长度的前提下,对微小分支型三通弹状流相分配特性进行了研究。通过与实验对比以及网格无关性分析验证了模型的可靠性,考察了弹状流在三通处的分配过程以及流场特性。弹状流在三通处的破裂形式分为阻塞破裂和非阻塞破裂,对于阻塞破裂气泡破裂的驱动力来源于气泡上游的积压,而对于非阻塞破裂,由于气泡与管壁间空隙的出现,粘性剪应力的影响逐渐增强。在固定弹状流气泡长度的前提下,研究了表观速度、液相粘度、表面张力及分支角度对相分配的影响。结果表明:气泡长度较长时,破裂为阻塞破裂,表观速度,液相粘度及表面张力的影响较小;气泡长度减小时,转变为非阻塞破裂,表观速度的影响增大,同时表面张力的影响变的显著;增大表观速度... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 微通道内气液两相流基本理论
        1.2.1 微通道的定义
        1.2.2 微通道相关无量纲参数
        1.2.3 微通道内气-液两相流型简介
        1.2.4 微通道内气-液两相流型图
        1.2.5 气液两相流基本参数
    1.3 微小三通及应用
        1.3.1 微小三通简介
        1.3.2 微型换热器
    1.4 微小三通内相分配理论
        1.4.1 微小三通内相分配理论
        1.4.2 微小三通内相分配研究现状
        1.4.3 气泡破裂理论
    1.5 微通道内计算流体力学模拟
        1.5.1 弹状流形成机理的研究
    1.6 课题选题及意义
第2章 微通道内的CFD模拟
    2.1 CFD简介
    2.2 CFD的求解过程
        2.2.1 建立控制方程
        2.2.2 确定边界条件与初始条件
        2.2.3 划分计算网格
        2.2.4 建立离散方程
        2.2.5 离散初始条件和边界条件
        2.2.6 给定求解控制参数
        2.2.7 求解离散方程
        2.2.8 判断解的敛散性
        2.2.9 显示和输出计算结果
    2.3 控制方程
    2.4 数值模型和网格划分
    2.5 边界条件
    2.6 离散方法和初始化
    2.7 相分配系数计算方法
    2.8 流场模拟的结果与讨论
        2.8.1 网格无关性检验与方法验证
        2.8.2 气泡在三通处的破裂
        2.8.3 采出率对相分配的影响
        2.8.4 液膜
        2.8.5 微通道内压强分布
    2.9 本章小结
第3章 微小分支型三通内相分配特性
    3.1 相分配行为
        3.1.1 相分配流型
        3.1.2 气泡破裂过程中的驱动力
    3.2 表观速度对相分配的影响
    3.3 液体粘度对相分配的影响
    3.4 表面张力对相分配的影响
    3.5 分支角角度对相分配的影响
        3.5.1 微小分支型三通几何结构及模型边界条件
        3.5.2 初始化及离散方法
        3.5.3 模拟结果及讨论
    3.6 本章小结
第4章 相分配的预测模型
    4.1 常规尺度通道相分配模型
    4.2 微通道内相分配常规模型
    4.3 液弹长度对气相分配的影响
    4.4 相分配流型图及相分配模型
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
符号说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]“T”型微通道内气泡破裂行为研究（英文）[J]. 刘向东,张程宾,俞炜,邓梓龙,陈永平.  Science Bulletin. 2016(10)
[2]非对称Y型分岔微通道内气泡破裂与分配规律[J]. 丛振霞,朱春英,付涛涛,马友光.  化工学报. 2014(01)
[3]微反应器研究最新进展[J]. 骆广生,王凯,吕阳成,徐建鸿,邵华伟.  现代化工. 2009(05)
[4]微化工技术[J]. 陈光文,袁权.  化工学报. 2003(04)



本文编号：3702280