气液两相流在平行微通道内的相分配特性

论文摘要

近些年,随着高科技的发展,应用在现代化先进系统设备中的平行微通道受到了相关研究者的广泛关注。与常规通道相比,微通道具有一些独特的学术价值和应用前景,比如超高的比表面积可以显著增加其传热和传质效率;高危的放热反应在微小的通道空间中进行,安全性可以得到提高;小型化和大规模的并行生产线可以开展高通量的药物筛选;平推流式的反应可以实现反应过程的精准控制。然而,当气液两相流从入口封头流经各个平行通道时,各个支通道中的气液流量和干度会出现明显的差异。气液两相流在支管间的不均匀相分配会严重影响下游装置的性能甚至危及设备安全。因此关于气液两相流在封头—平行多通道中相分配特性的研究一直为学者们所关注。然而目前的研究大都集中在主管封头管径大于1mm的常规尺度通道内,对微通道内的相分配研究也一般集中在单一通道或者单个T型三通内进行。当通道尺寸由常规尺度进入微小尺度,主导相分配的关键因素都发生变化,封头内两相流的流动行为发生很大变化,各支管间的互相作用也有所改变,深入探讨气液两相流在平行微通道中的相分配特性及机理,对平行微通道器件应用所面临的流量分布不均与偏流问题的解决,微通道系统的设计及应用,具有重要的理论意义和应用价值。本文利用高速摄影仪和微流体控制/测量系统,在可视化的平行微通道内对气液两相流的相分配特性进行了研究。1.研究微小尺度内典型相关流体物性——表面张力和粘度对气液两相流相分配特性的影响。实验表明,表面张力较小时,气相分配均匀性较好,但表面张力对液相分配均匀性的影响要取决于入口流型;增加粘度会使得液相分配均匀性显著变好,气相随着粘度增大,分配均匀性逐渐变差。2.研究不同运行条件下气液两相流在平行微通道中的相分配特性。分别在弹状流、弹环状流和环状流时,研究入口条件(气液表观流速等)、封头支管位置与流向对相分配的影响。实验发现,弹状流下,通过调节入口条件可以获得相对均匀的相分配;而入口条件对环状流的相分配影响很小;弹环状流下,相分配一般缺乏稳定性,但稳定所需时长与稳定后的相分配结果与入口条件相关。封头支管的位置与流向对三种流型的相分配影响无论是在程度上还是效果上都有所不同。3.研究几何参数对平行微通道内气液两相流相分配特性的影响。分别研究支管的间距,数目,管径和主管的管径对相分配的作用。实验证明,支管间距和主管管径对相分配的影响比较显著,支管管径只对气相的相分配有较为明显的影响,不同支管数目的平行微通道中两相流相分配特性具有相似性。4.通过对实验数据的分析以及在探明影响气液两相流在平行微通道内相分配关键因素的基础上,建立了弹状流和弹环状流在各支管内的相分配预测公式,反映了入口条件、主管内部流动状态和管间距对相分配特性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 微通道内气液两相流基本理论
•     1.2.1 微通道定义
•     1.2.2 微通道尺寸效应
•     1.2.3 微通道内气液两相流主要流型
•     1.2.4 微通道内气液两相流基本参数
•   1.3 气液两相流在平行微通道内相分配研究现状
•     1.3.1 气液两相流在平行流通道内相分配研究进展
•     1.3.2 气液两相流在微通道内相分配研究进展
•   1.4 本文主要研究目的与内容
• 第二章 实验系统
•   2.1 引言
•   2.2 实验装置与流程
•   2.3 实验单元
•   2.4 实验流体
•   2.5 相分配的定义
•   2.6 实验数据误差来源及分析
•   2.7 本章小结
• 第三章 微通道内气液两相流典型物性对相分配影响研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验条件和流型观察
•   3.3 结果和讨论
•     3.3.1 表面张力对气液两相流的相分配影响
•     3.3.2 粘度对气液两相流的相分配影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 运行条件对气液两相流在平行微通道内相分配特性影响研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验设计及方法
•   4.3 入口流型观察
•   4.4 结果和讨论
•     4.4.1 弹状流的相分配特性
•     4.4.2 环状流的相分配特性
•     4.4.3 弹环状流的相分配特性
•     4.4.4 封头支管位置与流向对气液两相流的相分配特性影响
•   4.5 本章小结
• 第五章 平行微通道主要几何参数对气液两相流相分配特性影响研究
•   5.1 引言
•   5.2 实验方法
•     5.2.1 几何参数
•     5.2.2 入口条件和入口流型观察
•   5.3 支管间距对气液两相流的相分配影响
•   5.4 支管管径对气液两相流的相分配影响
•   5.5 主管管径对气液两相流的相分配影响
•   5.6 支管数目对气液两相流的相分配影响
•   5.7 本章小结
• 第六章 平行微通道内相分配预测模型
•   6.1 引言
•   6.2 平行微通道内的相分配预测模型
•   6.3 平行微通道中几何参数对预测模型的修正
•   6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 论文创新点
•   7.3 论文展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘艳初

导师: 汪双凤

关键词: 气液两相流,平行微通道,相分配,可视化

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 华南理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(51476059)

分类号: O359.1

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.000190

总页数: 152

文件大小: 15931K

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