微通道内光热效应致蒸发特性实验研究
本文关键词：微通道内光热效应致蒸发特性实验研究 出处：《重庆大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：微纳加工技术的发展使得传统化学和生物实验室的大部分功能可以集成到一个微小芯片上,形成微流控芯片实验室,在分析化学和生化领域产生了很多革新。而光流体技术是微流控技术中的新兴领域,该技术将光学技术引入到微流控系统中,使得两者的优点得到了有效结合。光能通过光热敏感材料或者流体的直接吸收转化成热,即光热效应是光和流体相互作用的一种重要实现方式。基于光热效应,尤其是基于光热效应致相变过程已形成了许多新的微流控装置,但大多侧重于对功能的实现,对其中的蒸发特性缺乏深入的认识。因此,研究微通道内光热效应致蒸发特性具有十分重要的意义。本文采用可视化实验手段和图像处理技术,对微通道内光热效应致蒸发特性开展研究工作,实验采用波长为1550nm的红外聚焦光作为光热效应激发光源。首先制备100μm×185μm的T型微通道,并在主通道出口加工了带微型端口的出口,研究光热效应驱动纯水在端口处弯液面蒸发速率、界面温度变化、界面传质特性以及激光功率、光斑位置及通道尺寸对蒸发的影响。然后以微通道内部水柱为研究对象,研究光热效应致纯水蒸发特性;重点研究了激光功率、光斑位置、液柱初始长度对蒸发的影响。最后,以微通道内Na Cl溶液液柱为研究对象,研究光热效应致Na Cl溶液的蒸发特性;探讨激光功率、光斑位置及Na Cl溶液浓度对蒸发的影响,并了解Na Cl溶液蒸发结晶过程以及结晶前溶液的过饱和度变化。主要研究结果如下:1)通过微端口处弯液面蒸发的研究发现激光开启后界面温度迅速增加。在刚开始时,界面温度分布不均匀。由于激光持续加热,界面温度会上升到一个稳定值,而且界面温度分布变得均匀。界面最大温升和蒸发速率随激光功率增大呈近线性趋势增加,随光斑位置增大呈近抛物线趋势减弱。微通道宽度增加后,界面蒸发速率减小。对于界面传质系数,研究发现在所有工况下的传质系数几乎相同,约0.4 m/s。2)对微通内纯水蒸发,激光开启后,蒸发界面附近水温度迅速上升并在界面产生蒸发。在蒸发过程中,液柱前端界面不断后移,前端界面基本不和冷凝液滴聚合。蒸发界面附近水工质最大温升随激光功率变化呈线性增长,蒸发速率随加热距离的增大呈近抛物线下降。液柱长度很短时,蒸发会在液柱的前后界面同时进行,当液柱的长度达到1000μm以上时,后端界面的蒸发基本可以忽略。3)对微通道内Na Cl溶液蒸发,饱和Na Cl的蒸发速率远低于同工况下水的蒸发速率。蒸发过程中,Na Cl溶液逐渐浓缩,经过长时间激光加热后,溶液的过饱和度增加到90%左右,液柱中Na Cl开始结晶生长。溶液最大温升随激光功率变化呈线性增长,蒸发速率随加热距离的增大呈近抛物线下降。溶液最大温升值随Na Cl浓度增加呈近线性趋势下降。界面蒸发速率随Na Cl浓度增加呈近抛物线趋势下降。
[Abstract]:In this paper , the influence of laser power , spot position and initial length of liquid column on evaporation is studied . When the length of the liquid column reaches more than 100渭m , the evaporation of the back - end interface can be neglected . 3 ) The evaporation rate of saturated Na Cl is much lower than the evaporation rate of the water under the same working condition . During the evaporation process , the Na Cl solution is gradually concentrated . After long - term laser heating , the saturation of the solution increases to about 90 % . The maximum temperature rise of the solution decreases with the increase of the heating distance . The maximum temperature rise of the solution decreases with the increase of the concentration of the Na Cl . The evaporation rate of the solution decreases with the increase of the concentration of Na Cl .
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN492
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，本文编号：1401225
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