并行微通道中气液两相流分配特性及光测量的研究

发布时间：2017-10-04 08:12

  本文关键词：并行微通道中气液两相流分配特性及光测量的研究

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【摘要】：微化工技术是当前化学工程学科前沿,经过近几年的发展,已经成为过程强化的典型方法。本论文着眼于多通道微反应器内气液两相流的实验研究,采用廉价易得的内径为0.5 mm的毛细管制作了并行微通道反应器,并利用该装置进行了并行微通道内空气-水两相流的流动实验。本工作旨在探求新型的微通道数量放大模式和流体分配规律,为微反应器的工业应用奠定理论和实验基础。本实验证明了毛细管制作并行微通道的可行性,并有效利用该装置进行了空气-水两相流的实验研究和建模计算。实验设定气液两相的进口体积流速为1~20mL/min,并保持两相流速相同以生成气泡尺寸均一的Taylor流。并行子通道内的流型可以分为两个流区,分别是气泡流和两相分离区,其中,微通道内为气泡流时,流动比较稳定,气液尺寸参数比较均匀;相分离区内由于主通道内流动方向改变形成的涡流影响,流动十分不稳定。而且,体积流速越大,两相分离区所占通道个数越多。为更好地描述和预测并行通道内该流型的状况,采用体积衡算和压强计算的方式,对该梳状并行微通道进行了建模过程,计算结果与实际情况符合很好,并通过简单的参数比较可以确定理想的实验操作区间。此外,本论文也报道了一种简便的新型光测量系统的搭建和测量实验。该检测系统基于红外光穿过不同介质时由于透过率差异而接收光强不同的原理,采用多条光纤安装于通道上方,成功应用于微通道内气液流动的气泡长度、流速和相含率测量,并且该方法高效可靠。
【关键词】：梳状微通道 气液两相流 数量放大 模型 光测量
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ021
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 文献综述10-30
• 1.1 微反应器的概述10-15
• 1.1.1 微反应器的尺寸10-11
• 1.1.2 微反应器的特点11-12
• 1.1.3 微反应器的制作12-13
• 1.1.4 微反应器的应用13-15
• 1.2 微通道反应器的研究方法15-19
• 1.2.1 实验方法15-16
• 1.2.2 数值模拟方法16-17
• 1.2.3 模型方法17-19
• 1.3 微通道内气液两相流的研究19-25
• 1.3.1 单通道内气液两相流的研究20-22
• 1.3.2 通道结构对气液两相流的影响22-23
• 1.3.3 多通道内气液两相流的研究23-24
• 1.3.4 微通道内气液两相流稳定性研究24-25
• 1.4 微反应器放大的研究25-27
• 1.4.1 微反应器的结构层次25-26
• 1.4.2 微反应器数量放大策略26
• 1.4.3 微反应器放大实例26-27
• 1.5 微通道反应器的研究现状及展望27-29
• 1.6 课题的提出及主要工作29-30
• 第二章 梳状微通道内气液两相流的实验研究30-41
• 2.1 研究目标及准备工作30-32
• 2.1.1 研究目标31
• 2.1.2 实验体系及条件的选择31-32
• 2.2 实验装置及流程32-35
• 2.2.1 梳状微通道的制作32-33
• 2.2.2 实验仪器与试剂33-34
• 2.2.3 检测手段34
• 2.2.4 实验流程34-35
• 2.3 实验结果及分析35-41
• 2.3.1 图片处理方法35-37
• 2.3.2 气液柱尺寸37-38
• 2.3.3 流体速度38-39
• 2.3.4 气液分布39-41
• 第三章 梳状微通道内气液两相流的模型化研究41-51
• 3.1 流型分区41-42
• 3.2 主通道内气液柱参数42-43
• 3.3 主要假定43
• 3.4 主要计算43-45
• 3.4.1 膜厚的计算43-44
• 3.4.2 气液柱流动中的体积守恒44
• 3.4.3 体积流速的衡算44-45
• 3.4.4 微通道进口处的压力衡算45
• 3.5 计算过程及结果45-47
• 3.6 对操作条件的预测47-51
• 3.6.1 操作下限47-49
• 3.6.2 操作上限49
• 3.6.3 操作条件的实验验证49-51
• 第四章 微通道的光测量系统51-58
• 4.1 检测原理与实现51-53
• 4.2 器件选购及系统搭建53-56
• 4.2.1 器件选购53-54
• 4.2.2 系统搭建过程54-56
• 4.3 光测量系统效果评价56-58
• 4.3.1 实验装置及流程56
• 4.3.2 实验结果及分析56-58
• 第五章 结论及展望58-60
• 5.1 结论58
• 5.2 展望58-60
• 主要符号说明60-62
• 参考文献62-71
• 发表论文和参加科研情况说明71-72
• 致谢72-73

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