微通道中氣液兩相流的分布和操作穩(wěn)定性.pdf

1、微通道中氣液兩相流微通道中氣液兩相流的分布的分布和操作穩(wěn)定性操作穩(wěn)定性Stabilitydistributionofgasliquidflowsinmicrochannels一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：彭東岳指導(dǎo)教師：辛峰教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一六年五月摘要微通道技術(shù)是實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化和安全可控的重要手段，其微米級(jí)的通道結(jié)構(gòu)帶來了對(duì)流動(dòng)過程的精確控制。為了確保微通道中多相流的可控性和可操作性，本文基于不同操作條件

2、、流體物系和通道結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)微通道中氣液兩相流動(dòng)穩(wěn)定性和分布規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)判準(zhǔn)則和理論模型以描述和預(yù)測流動(dòng)過程的穩(wěn)定性，為微通道在工業(yè)應(yīng)用中的可操作性提供實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。本文實(shí)驗(yàn)采用CCD高速攝像機(jī)和多點(diǎn)光纖檢測系統(tǒng)對(duì)氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，前者借助自編程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖片信息的批量處理，后者以精度高和響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)流體流動(dòng)數(shù)據(jù)的高效采集。對(duì)于兩相流的開車過程，使用壓力傳感器檢測氣相通道入口的壓強(qiáng)值以識(shí)別開車過程，并

3、利用CFD軟件對(duì)氣相壓強(qiáng)邊界的開車過程進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)于彈狀流氣泡尺寸的分布、氣液兩相流動(dòng)的穩(wěn)定性以及在多通道中的分布規(guī)律，選擇寬操作條件（氣相0.2~50mLmin，液相0.05~20mLmin）、多種液相物系（去離子水、乙醇、葡萄糖溶液和煤油）以及不同通道結(jié)構(gòu)和尺寸的T型微通道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并基于偏差系數(shù)和特征參數(shù)Kolmogov熵值來評(píng)價(jià)氣泡尺寸的均勻性、流體分布規(guī)律以及流動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，泡狀流和彈狀分層流的流動(dòng)狀態(tài)

4、不穩(wěn)定，而彈狀流相對(duì)穩(wěn)定，且其氣泡尺寸的偏差系數(shù)隨毛細(xì)管數(shù)的減小而增大。此外，高液相流量有利于實(shí)現(xiàn)兩相流在多通道的均勻分布，并可形成穩(wěn)定的彈狀流。理論模型方面，通過量化微通道中的壓力擾動(dòng)構(gòu)建壓力模型用以預(yù)測彈狀流中氣泡尺寸的分布；基于Kolmogov熵的定義和對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)的成因分析，構(gòu)建擬拋物線型的方程預(yù)測Kolmogov熵值，描述復(fù)雜兩相流的流動(dòng)穩(wěn)定性并確定可操作區(qū)間；通過質(zhì)量衡算、動(dòng)量衡算和通道間壓力擾動(dòng)的量化，構(gòu)建多通道中兩相流分