气液两相流在微小三通内的相分配特性研究

发布时间：2017-03-24 15:14

  本文关键词：气液两相流在微小三通内的相分配特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着微加工技术的迅猛发展,在直径为几十微米到几百微米的微槽道上开展流体实验的研究层见叠出。与常规管道相比较,微通道显示了一些独特的学术价值与应用前景,比如高比表面能够强化传热、传质;狭小的流动空间能够进行一些高危的放热反应;小型化及大规模的并行实验有利于开展高通量药物筛选;平推流式的反应能够精确控制反应的过程。作为一种结构简单、容易加工的微通道结构,微小三通广泛存在于各种小型换热器及微型反应器中。然而,研究发现当气液两相流流经三通分叉处时,会不可避免地出现两个出口分支的干度与入口干度不一致的现象,即相分配不均现象。气液两相流的相分配不均将会影响下游装置的传热、传质性能,甚至会带来安全隐患。另一方面,由于这种特殊的分配性质,三通又可以用来实现气液两相的初步分离。目前对气液两相流经三通时的相分配已经进行了大量的研究,并且提出了很多改善相分配不均的方法。然而这些研究都集中在管径大于1mm的常规尺度三通内。随着三通尺寸由常规尺度减小到微小尺度,由于两相流的流型以及主导相分配的关键因素都发生了变化,气液两相流的相分配行为也可能发生了巨大的变化,并且常规尺度内构建的相分配预测模型在微尺度内也可能不再适用。因此,本文通过高速摄影仪和微流体控制/测量系统调查了气液两相流流经方形截面(0.5mm×0.5mm)的微小分支型三通和微小冲击型三通的相分配特性。选择氮气为气相,水和不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液为液相,开展了以下研究:(1)研究气液两相流流经微小分支型三通时的相分配特性。分别研究入口流型(弹状流、弹环状流、环状流)、分支角(30°、60°、90°、120°、150°)对微小分支型三通相分配的影响。此外,将本文的相分配数据与常规尺度三通内的相分配相比较,探索管径对分支型三通相分配的影响。(2)研究气液两相流流经微小冲击型三通时的相分配特性。分别研究入口流型(弹状流、弹环状流、环状流)、表面张力和冲击角(30°/150°、60°/120°、90°/90°)对微小冲击型三通相分配的影响。最后,将相分配结果与常规尺度三通内的相分配相比较,探索管径对冲击型三通相分配的影响。(3)引入分离效率这一评价气液两相流相分配均匀性的指标,比较了微小分支型三通和微小冲击型三通在不同入口流型下相分配的均匀程度,同时分别考察表面张力和支管夹角对这两种三通相分配影响的比较,为气液两相流相分配均匀性的改善及实际应用中三通的选用提供参考依据。(4)通过对相分配数据的分析以及在弄清各个影响微小三通内相分配主要因素的基础上,分别建立了弹状流和环状流在微小分支型T型三通和微小冲击型T型三通的相分配预测公式。
【关键词】：气液两相流 微小三通 相分配 表面张力
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O359.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 主要符号表12-15
• 第一章 绪论15-37
• 1.1 课题研究背景及意义15-17
• 1.2 微通道内气液两相流基本理论17-29
• 1.2.1 微通道的定义17-19
• 1.2.2 微通道的尺寸效应19-21
• 1.2.3 微通道内气液两相流主要流型21-25
• 1.2.4 气液两相流基本参数25-29
• 1.3 气液两相流在微小三通内相分配的研究现状29-34
• 1.3.1 气液两相流在分支型三通内的相分配研究进展30-32
• 1.3.2 气液两相流在冲击型三通内的相分配研究进展32-34
• 1.4 气液两相流在微小三通内相分配研究面临的挑战34-35
• 1.5 本章小结及本文研究内容的提出35-37
• 第二章 气液两相流在微小分支型三通内的相分配特性37-57
• 2.1 前言37
• 2.2 实验37-45
• 2.2.1 实验流程37-40
• 2.2.2 入口条件和入口流型观察40-42
• 2.2.3 相分配的定义42-45
• 2.2.4 实验数据误差来源及分析45
• 2.3 结果和讨论45-56
• 2.3.1 不同入口流型下分支型T型三通内的相分配45-49
• 2.3.2 分支角对相分配的影响49-52
• 2.3.3 与常规尺度分支型T型三通内相分配结果的比较52-56
• 2.4 本章小结56-57
• 第三章 气液两相流在微小冲击型三通内的相分配特性57-83
• 3.1 引言57-58
• 3.2 实验58-62
• 3.2.1 实验流程58
• 3.2.2 实验工质58-59
• 3.2.3 入口条件和入口流型观察59-61
• 3.2.4 相分配的定义61-62
• 3.3 结果与讨论62-81
• 3.3.1 不同入口流型下冲击型T型三通内的相分配62-68
• 3.3.2 表面张力对相分配的影响68-74
• 3.3.3 冲击角对相分配的影响74-78
• 3.3.4 与常规尺度冲击型三通内相分配结果的比较78-81
• 3.4 本章小结81-83
• 第四章 分支型三通和冲击型三通相分配的比较83-95
• 4.1 不同入口流型下两种三通相分配均匀性的比较84-87
• 4.2 表面张力对两种三通相分配影响的比较87-90
• 4.3 支管夹角对两种三通相分配影响的比较90-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第五章 微小三通内相分配预测模型的建立95-113
• 5.1 微小分支型T型三通相分配的预测模型95-108
• 5.2 微小冲击型T型三通相分配的预测模型108-112
• 5.3 本章小结112-113
• 第六章 结论与展望113-117
• 6.1 主要结论113-115
• 6.2 论文创新点115
• 6.3 论文展望115-117
• 参考文献117-126
• 攻读博士学位期间取得的研究成果126-130
• 致谢130-131
• 附件131

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陶然,权晓波,徐建中;微尺度流动研究中的几个问题[J];工程热物理学报;2001年05期

  本文关键词：气液两相流在微小三通内的相分配特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：265788