壁面性质对T型微通道两相流影响的模拟研究
发布时间：2021-12-21 23:44
随着微流控芯片和微热管系统概念的相继提出,微通道多相流技术成为近些年来学者们的研究热点,如何强化微通道内流体的传热效率成为如今迫切需要解决的问题之一。本文将利用数值模拟方法研究壁面性质对T型微通道液滴/气泡运动特性和传热过程的影响,具体研究结果如下:首先,研究了梯形阻块表面润湿性对气泡的生成及流动过程的影响。发现在Ca数为0.009的情况下,通过改变阻块的表面润湿性可以改变气泡的运动特征:保持微通道壁面接触角θw=140°为一定值,在所研究的流量比范围内,当阻块壁面接触角θb在110°左右时,气泡受阻块的作用沿着T型微通道上壁面运动:当θb为90左右时,微通道内发生了气泡间的聚合现象,使得气泡的特征直径增大,生成频率减小。其次,研究了阻块处于微通道颈部的三种位置与形状（梯形、圆形和三角形）对液滴生成与流动过程的影响。发现在宽高比一定的情况下,阻块形状为梯形时且处于特定的位置时,微通道内更容易生成小体积、高频率的液滴,并且在壁面热流密度保持一定的情况下,微通道壁面平均Nu数最大。在连续相流量一定的情况下,液滴的特征直径和脱离频率随着分散相流量的减小而减小,微通道壁面平均Nu数随着分散相流...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２网格无关性验证，网格数分别为３８０３，２００７６，３丨５１２．??２．３模拟结果与模型验证??
?？＇??图２．２网格无关性验证，网格数分别为３８０３，２００７６，３丨５１２．??２．３模拟结果与模型验证??在研究微通道气液两相流时，微通道两相流流型受进口流量比和毛细数共同??影响。连续相与分散相流量比定义为其中込表示连续相进口流量，＆表示分散??相进口流量。而ａ?，其中決表示连续相密度，＆表示连续相入口平均速度，??Ａｃ表示连续相进口通道截面，的计算公式与込类似。Ｏｚ数表征了黏性力与表面张??力之比，定义为：Ｃａ?＝?／＾．／ｃｘ，其中从和ｃ分别表示连续相的黏度和气液两相表面??张力。为了验证此Ｖ０Ｆ模型的准确性，采用上述Ｖ０Ｆ模型模拟了?Ｔ型微通道气液两??相流
图２．４Ｔ型微通道内液滴特征直径随流量比变化关系图??根据Ｃａ数数量级的不同，液滴在微通道中所表现的流型也不同，具体表现为液滴??特征直径（Ｌ／Ｄ）的大小。图２．５给出了流量比一定的情况下，同一时刻黏度比和Ｃａ数??对Ｔ型微通道内液滴形成及脱离的影响，图２．５（ａ），?（ｂ）分别对应Ｃａ数为０．０５６时黏度??比为０．１２５和Ｉ时的液滴形成过程而图２．５（ｃ），（ｄ）的Ｃａ数为０．００５，黏度比同样为０．１２５??和Ｉ。观察图（ａ）和图（ｃ）可以看出在同一时刻，黏度比为一定的情况下由于Ｃａ数的不??同，液滴在微通道颈部脱裂时的体积大小也不相同。Ｃａ＝０．００５时，如图２．５（ｃ）所示，处??于挤压机制，分散相流体进入主通道颈部时逐渐占据了整个微通道，随后连续相流体??在通过颈部时受到分散相的阻碍，随着上游压力的增大，分散相流体从颈部脱离形成??阻塞整个微通道的塞状流。Ｃａ＝０．０５６时，如图２．５（ａ）所示，处于滴落机制，分散相流??体在进入主流区时
【参考文献】：
期刊论文
[1]T型微通道内液-液两相流流型研究[J]. 王晓军,张林,吴苏晨,张程宾,刘向东. 高校化学工程学报. 2017(01)
[2]粗糙元对矩形微通道内层流流动的影响[J]. 曾素均,邵宝东. 低温建筑技术. 2016(02)
[3]表面张力对矩形微通道汽液两相流动换热的影响[J]. 王迎慧,邵楠,王茹,赵凌骁. 江苏大学学报(自然科学版). 2016(01)
[4]壁面润湿性对微通道内二氧化碳-水两相流流动及传质性能的影响[J]. 孙俊杰,郝婷婷,马学虎,兰忠. 化工学报. 2015(09)
[5]Gauss型粗糙表面对微通道流动与换热的影响[J]. 叶仪,殷晨波,贾文华,李萍,高俊庭,周玲君. 农业机械学报. 2013(12)
[6]湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟[J]. 王琳琳,胡洪萍. 西南师范大学学报(自然科学版). 2013(10)
[7]微通道内液-液两相流研究进展[J]. 唐静,张旭斌,蔡旺锋,陈丹,王富民. 化工进展. 2013(08)
[8]气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响[J]. 侯璟鑫,钱刚,周兴贵. 化工学报. 2013(06)
[9]带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟[J]. 张明焜,陈硕,尚智. 物理学报. 2012(03)
本文编号：3545391
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２网格无关性验证，网格数分别为３８０３，２００７６，３丨５１２．??２．３模拟结果与模型验证??
?？＇??图２．２网格无关性验证，网格数分别为３８０３，２００７６，３丨５１２．??２．３模拟结果与模型验证??在研究微通道气液两相流时，微通道两相流流型受进口流量比和毛细数共同??影响。连续相与分散相流量比定义为其中込表示连续相进口流量，＆表示分散??相进口流量。而ａ?，其中決表示连续相密度，＆表示连续相入口平均速度，??Ａｃ表示连续相进口通道截面，的计算公式与込类似。Ｏｚ数表征了黏性力与表面张??力之比，定义为：Ｃａ?＝?／＾．／ｃｘ，其中从和ｃ分别表示连续相的黏度和气液两相表面??张力。为了验证此Ｖ０Ｆ模型的准确性，采用上述Ｖ０Ｆ模型模拟了?Ｔ型微通道气液两??相流
图２．４Ｔ型微通道内液滴特征直径随流量比变化关系图??根据Ｃａ数数量级的不同，液滴在微通道中所表现的流型也不同，具体表现为液滴??特征直径（Ｌ／Ｄ）的大小。图２．５给出了流量比一定的情况下，同一时刻黏度比和Ｃａ数??对Ｔ型微通道内液滴形成及脱离的影响，图２．５（ａ），?（ｂ）分别对应Ｃａ数为０．０５６时黏度??比为０．１２５和Ｉ时的液滴形成过程而图２．５（ｃ），（ｄ）的Ｃａ数为０．００５，黏度比同样为０．１２５??和Ｉ。观察图（ａ）和图（ｃ）可以看出在同一时刻，黏度比为一定的情况下由于Ｃａ数的不??同，液滴在微通道颈部脱裂时的体积大小也不相同。Ｃａ＝０．００５时，如图２．５（ｃ）所示，处??于挤压机制，分散相流体进入主通道颈部时逐渐占据了整个微通道，随后连续相流体??在通过颈部时受到分散相的阻碍，随着上游压力的增大，分散相流体从颈部脱离形成??阻塞整个微通道的塞状流。Ｃａ＝０．０５６时，如图２．５（ａ）所示，处于滴落机制，分散相流??体在进入主流区时
【参考文献】：
期刊论文
[1]T型微通道内液-液两相流流型研究[J]. 王晓军,张林,吴苏晨,张程宾,刘向东. 高校化学工程学报. 2017(01)
[2]粗糙元对矩形微通道内层流流动的影响[J]. 曾素均,邵宝东. 低温建筑技术. 2016(02)
[3]表面张力对矩形微通道汽液两相流动换热的影响[J]. 王迎慧,邵楠,王茹,赵凌骁. 江苏大学学报(自然科学版). 2016(01)
[4]壁面润湿性对微通道内二氧化碳-水两相流流动及传质性能的影响[J]. 孙俊杰,郝婷婷,马学虎,兰忠. 化工学报. 2015(09)
[5]Gauss型粗糙表面对微通道流动与换热的影响[J]. 叶仪,殷晨波,贾文华,李萍,高俊庭,周玲君. 农业机械学报. 2013(12)
[6]湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟[J]. 王琳琳,胡洪萍. 西南师范大学学报(自然科学版). 2013(10)
[7]微通道内液-液两相流研究进展[J]. 唐静,张旭斌,蔡旺锋,陈丹,王富民. 化工进展. 2013(08)
[8]气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响[J]. 侯璟鑫,钱刚,周兴贵. 化工学报. 2013(06)
[9]带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟[J]. 张明焜,陈硕,尚智. 物理学报. 2012(03)
本文编号：3545391
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