微通道内气-液-液三相流液滴融合动力学特性研究

发布时间：2022-07-12 20:22

　　在试剂定量添加和反应性能提高等方面,气-液-液三相微流体具有独特优势,但对三相体系液滴的融合机理、比两相体系更稳定的机制缺乏了解。本论文采用设计有三个T型接口的微流体设备,对气泡/液滴的形成过程动力学、液滴融合时间的规律进行了研究,主要结论如下:1.T1处气泡的生成过程可以分为两个阶段:生长和坍缩。在气泡生成的不同阶段,主导作用力也存在差异。流体粘度以及流量均对生成气泡的尺寸有一定影响,界面张力对尺寸规律的影响较小。气泡生成频率的稳定性将决定分散相液滴尺寸的分散性。2.T2处液滴的生成也可分为生长和坍缩两个阶段,液滴的脱落受到连续相剪切力和油-气界面挤压力的共同作用,低浓度表面活性剂对液滴尺寸的影响可以忽略。3.T3处液滴形成过程中通常伴随着两个分散相液滴的融合,并获得了不同实验条件下的液滴融合相图,研究发现液滴融合的前提条件是两个液滴之间的连续相能被快速排出,增加气相流量可加快液体排出速率;融合之后的液滴尺寸较均匀,变异系数小于1%,初步验证了系统的稳定性。4.对比两相及三相体系的液滴融合过程,发现三相微流体体系更易形成液滴流或段塞流,且流量操作范围较宽、融合液滴尺寸更均匀,这主要由... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 微反应器介绍
        1.1.1 微反应器的概念及优点
        1.1.2 微反应器的分类
        1.1.3 微反应器的应用
    1.2 微反应器内的液-液两相流
        1.2.1 液-液两相流的产生和流型
        1.2.2 液-液两相流的应用
        1.2.3 液-液两相流的机理研究
    1.3 微反应器内的气-液-液三相流
        1.3.1 气-液-液三相流的形成与调节
            1.3.1.1 形成气-液-液三相流的微流控装置及其制作
            1.3.1.2 制备气-液-液三相微流控装置类型
        1.3.2 气-液-液三相流的流型
        1.3.3 气-液-液三相流的流动和传质特性
            1.3.3.1 惰性气相的流体分配
            1.3.3.2 惰性气体强化传质
        1.3.4 气-液-液三相流的应用
        1.3.5 气-液-液三相流的机理研究
    1.4 微反应器内的液滴融合
        1.4.1 液滴融合的作用
        1.4.2 液滴融合的可操作性
        1.4.3 液-液两相中的液滴融合
        1.4.4 气-液-液三相中的液滴融合
    1.5 本论文的研究目的
2 实验部分
    2.1 微通道反应器的制作
    2.2 实验药品及试剂和实验仪器
    2.3 实验装置和流程
3 第一个T型接口处气泡的生成规律研究
    3.1 引言
    3.2 基本理论
    3.3 气泡的形成过程
    3.4 气泡的尺寸规律
        3.4.1 直通道中气泡尺寸的变化规律
        3.4.2 Cspan80和Qg对气泡尺寸的影响
        3.4.3 Cparo对气泡尺寸的影响
        3.4.4 Qt对气泡尺寸的影响
    3.5 本章小结
4 第二个T型接口处第一个分散水相液滴的生成规律研究
    4.1 引言
    4.2 基本理论
    4.3 T2处液滴的生成过程
    4.4 T2处液滴的尺寸规律
        4.4.1 Cspan80和Qg对液滴尺寸的影响
        4.4.2 Cparo对液滴尺寸的影响
        4.4.3 Qt对液滴尺寸的影响
    4.5 本章小结
5 T3处液滴的融合特性研究
    5.1 引言
    5.2 基本理论
    5.3 T3处液滴的生成
    5.4 第三个T型接口处的液滴融合
        5.4.1 流量对液滴配对模式的影响
        5.4.2 液滴融合的相图
        5.4.3 液滴融合时间
        5.4.4 液滴融合的再现性和稳定性
    5.5 本章小结
6 两相流和三相流液滴融合对比
    6.1 引言
    6.2 基本理论
    6.3 两相流和三相流的对比
        6.3.1 两相流和三相流中的液滴配对模式
        6.3.2 Cspan80对两相和三相流中分散相液滴尺寸的影响
        6.3.3 两相和三相流中液滴融合相图
        6.3.4 两相和三相流中液滴融合阶段断裂时间的规律
        6.3.5 Qsw对两相和三相流中融合液滴尺寸均一性的影响
        6.3.6 Cspan80对两相和三相流中融合液滴尺寸均一性的影响
        6.3.7 两相和三相体流中的液滴融合率
    6.4 本章小结
7 结论
参考文献
致谢
作者简介
读硕士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of geometric configuration on droplet generation in Y-junctions and anti-Y-junctions microchannels[J]. Zhao-Miao Liu,Li-Kun Liu,Feng Shen.  Acta Mechanica Sinica. 2015(05)
[2]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)
[3]微反应器研究及展望[J]. 郑亚锋,赵阳,辛峰.  化工进展. 2004(05)



本文编号：3659787