聚焦型微通道内多相流动的模拟研究

发布时间：2017-08-29 10:35

  本文关键词：聚焦型微通道内多相流动的模拟研究

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【摘要】：微通道内多相流的流动规律是微化工技术得以发展的基础,但目前学者们对微通道内多相流动的研究主要集中在了T型、Y型、十字形微通道,而聚焦型微通道内多相流动的报道较少。研究表明,在聚焦型微通道中用水力学的方法可以获得非常薄的流体膜,但研究者仅对微通道内液液两相流动的表观现象进行了观测,没有研究流场的内部信息,也没有考察微通道内气液两相的流动状况。因此,本文设计了一种带有缩孔的聚焦型微通道,采用FLUENT软件,选用VOF模型,对微通道内的液液两相流动和气液两相流动进行了数值模拟。以正己烷-水体系为流体介质研究了微通道内互不相溶液液两相的流动规律,得到了液液两相的相分布、速度分布、压强分布参数,考察了两相压强对相分布、流量、膜厚、速度分布、压强分布的影响,研究结果表明:正己烷、水在微通道内形成膜状流动;微通道缩孔周围存在低压区,使得空气在交叉区呈锥形扩张状;惯性力作用大于粘性力作用是正己烷能形成薄膜的关键所在;增大水与正己烷的压强比值,正己烷的流量减小,膜变薄,流速增加;两相压强比值小于0.25或大于1.025时,两相流体不能成膜。以空气-水体系为流体介质研究了微通道内气液两相的流动规律,预测了气液两相的相分布、速度分布、压强分布状态,分析了两相在交叉区的发展成膜过程,查看了两相压强改变对相分布、流量、膜厚、速度、压强的影响,研究结果表明:空气、水在微通道内形成膜状流动,微通道缩孔周围不存在低压区,空气在交叉区呈锥形收缩状;交叉区的压强分布、粘性力在气液两相发展成膜的过程中起重要作用;增大水与空气的压强比值,空气的流量、流速均减小,膜变薄;与正己烷相比,改变压力比值对空气流量的影响更大;当压强比值小于0.6或大于1.05时,两相流体不能成膜。研究发现,在聚焦型微通道内可以得到纳米级的流体薄膜,这能加速流体的快速混合,强化流体的传质、传热、反应等过程。模拟得到的场分布参数可以为聚焦型微通道的设计、多相流实验等提供理论依据。
【关键词】：聚焦型微通道 多相流 数值模拟
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ021.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符号说明9-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 微化工技术简介10-14
• 1.1.1 微化工设备的优点11-12
• 1.1.2 微反应器分类12-13
• 1.1.3 微设备加工技术13-14
• 1.2 微通道内流体流动的无量纲参数14-15
• 1.3 微通道多相流研究现状15-19
• 1.3.1 微通道内液液两相流动研究15-17
• 1.3.2 微通道内气液两相流动研究17-19
• 1.4 微通道内多相流动的CFD模拟19-23
• 1.4.1 CFD模拟简介19-21
• 1.4.2 液液两相流动的CFD模拟研究21-22
• 1.4.3 气液两相流动的CFD模拟研究22-23
• 1.5 聚焦型微通道内的多相流动研究23-24
• 1.6 本课题的提出和主要研究内容24-26
• 第二章 聚焦型微通道内多相流动的计算模型26-30
• 2.1 几何模型26-27
• 2.2 网格划分27
• 2.3 数值模型27-29
• 2.3.1 VOF控制方程27-28
• 2.3.2 模型假设28
• 2.3.3 求解条件28-29
• 2.3.4 数值求解29
• 2.4 网格无关性检验29-30
• 第三章 液液两相流动的模拟结果与分析30-42
• 3.1 定压条件下的液液两相流场30-36
• 3.1.1 相分布30-31
• 3.1.2 速度分布31-34
• 3.1.3 压强分布34-36
• 3.2 压强变化对液液两相流动的影响36-41
• 3.2.1 压强变化对相分布的影响36-37
• 3.2.2 压强变化对两相流量和膜厚的影响37-38
• 3.2.3 压强变化对两相速度和压强分布的影响38-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 气液两相流动的模拟结果与分析42-56
• 4.1 定压条件下的气液两相流场42-46
• 4.1.1 相分布42
• 4.1.2 速度分布42-44
• 4.1.3 压强分布44-46
• 4.2 气液两相在交叉区的发展成膜过程46-49
• 4.2.1 压强变化过程46-48
• 4.2.2 液相表面粘性力变化过程48-49
• 4.2.3 表面张力变化过程49
• 4.3 压强变化对气液两相流动的影响49-54
• 4.3.1 压强变化对两相流量和膜厚度的影响49-51
• 4.3.2 压强变化对相分布的影响51-52
• 4.3.3 压强变化对两相流速和压强分布的影响52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果62-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 党敏辉;任明月;陈光文;;微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响[J];化工学报;2014年03期

2 唐静;张旭斌;蔡旺锋;陈丹;王富民;;微通道内液-液两相流研究进展[J];化工进展;2013年08期

3 邓金;郑晓斌;吴纪周;陈文;刘雄;董立春;李俊宏;徐玉婷;;T-型微通道中液滴形成机制的CFD模拟[J];化学工程;2012年11期

4 陈光文;赵玉潮;乐军;董正亚;曹海山;袁权;;微化工过程中的传递现象[J];化工学报;2013年01期

5 付涛涛;马友光;朱春英;;T形微通道内气泡(液滴)生成机理的研究进展[J];化工进展;2011年11期

6 董贺飞;张德良;赵玉潮;陈光文;袁权;;T形微通道中互不相溶两相流数值模拟[J];化工学报;2008年08期

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本文编号：752835