气-液界面对亲水微通道减阻特性的影响研究

发布时间：2021-03-28 03:30

　　采用格子Boltzmann方法和Shan-Chen多相流模型,模拟研究了气-液两相流体在具有疏水凹坑的亲水微通道中的流动减阻特性,重点研究了凹坑中滞留的气体与液体形成的气-液界面的曲率对流动减阻的影响,同时也分析了气-液界面随流体流动的变形规律。研究结果表明气-液界面的曲率对流体流动有显著影响,当气-液界面曲率达到一定程度时,能够显著地减小流体的流动阻力,而当气-液界面曲率超过某一临界值,反而增加了流动阻力,在流动过程中气-液界面的形状改变与毛细管数相关。 

【文章来源】：燕山大学学报. 2020,44(01)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

微通道示意图

图1 微通道示意图图2给出了凹坑宽度不同时,水相流体在通道中的速度随θe变化的关系,从图中可以看出气-液界面的曲率对水相流体的流速影响显著,水相流体在微通道中的流速随θe先增大后减小,当0°<θe<30°时水相流体在通道中流动的速度最快,表明此时水相流体流动阻力最小,减阻效果最好。当θe>60°时,U/U0<1,水相流体在有凹坑存在的通道中流动速度低于水相流体在光滑亲水通道中流动速度,水相流体在有凹坑存在的通道中流动阻力增加,凹坑的存在并不能使微通道具有减阻效果。从图2中也可以清晰地看出凹坑的宽度对水相流体在微通道的流速也有一定影响,当θe低于60°时,在相同θe条件下,凹坑宽度越大,水相流体在通道中流动速度越快。当θe高于60°时,在相同θe条件下,凹坑宽度越大,水相流体在通道中流动速度越小,表明水相流体在通道中的流动阻力增大。

为了进一步研究气-液界面微通道的减阻特性,研究了凹坑宽度对水相流体在气-液界面微通道中流动速度的影响。当θe=0时,气-液界面是一个平面,改变凹坑的宽度g,统计水相流体在通道中的流动速度U。凹坑宽度变化对水相流体流动速度的影响规律如图3所示。图3给出了水相流体的流速随凹坑宽度变化的关系,从图3中可以看出,当气-液界面是一个平面时,水相流体在通道中的流动速度随着凹坑宽度的增加而增大且成非线性关系,主要因为凹坑宽度越大,气-液接触面积越大,水相流体与壁面接触面积越小,水相流体的气-液自由剪切面越大,水相流体流动阻力越小,与文献[26]结论一致。当凹坑宽度g不变,改变通道宽度D,研究了通道宽度对水相流体流动速度的影响如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]海水润滑滑靴副的仿生凹坑表面动压润滑性能仿真研究[J]. 梁瑛娜,高殿荣.  燕山大学学报. 2016(03)
[2]基于Shan-Chen模型的格子Boltzmann方法在微流动模拟研究中的应用[J]. 张任良,狄勤丰,王新亮,丁伟朋,龚玮.  力学与实践. 2012(02)
[3]用格子Boltzmann方法模拟壁面微结构对管流特性的影响[J]. 张任良,狄勤丰,王新亮,顾春元,王文昌.  计算物理. 2011(02)



本文编号：3104796