微通道中流動特性的大渦模擬.pdf

1、隨著微加工技術的不斷發(fā)展，微通道的應用變得越來越廣泛了。由于其體積比表面積大，傳質傳熱速率快，反應時間短，放大容易等優(yōu)點，微通道裝置尤其在混合、換熱、危險反應和生物檢測等方面有著廣闊的應用前景。但是由于其時空尺度的縮小，使得傳統理論的正確性和實驗測量的準確性受到了質疑。這促使我們對微通道內流動特性進行研究，以推動微通道技術的發(fā)展。 隨著計算機計算能力的不斷提高，計算機仿真技術取得了長足的進步。本論文應用大渦模擬的方法研究了微通道

2、內的液體流動、氣液兩相流動和液液兩相流動。 對于水力直徑237μm的梯形通道內的液體(水)流動，通過計算獲得了通道內的流場以及流動的實時演化過程，對速度的預測與PIV的實驗結果吻合較好。在通道入口段，壓力梯度較大，渦量較大，而湍動強度較低；隨著流動的發(fā)展，壓力梯度逐漸趨于穩(wěn)定，湍動強度趨于均一。 對于直徑400μm的圓形微通道內的氣-液(空氣-水)兩相流動，采用VOF模型計算得到了不同條件下的壓降、速度與湍動強度、渦量與

3、剪切力以及氣泡分布與相應的流型。速度呈中心對稱分布；湍動強度呈馬鞍形分布，且隨表觀速度的增加而增大；渦量和剪切力呈錐形分布，同樣隨表觀速度的增加而增大。氣泡主要分布在通道中心位置，它的存在降低了湍動強度，對渦量和剪切力也有一定的影響。 對于互不相溶的液液兩相流動(邊長200μm的正方形通道)，分別采用了在通道壁面增加浮雕結構或是帶有彎曲段的通道來增大液液兩相的接觸面積。通過模擬計算考察了浮雕結構和彎曲對流動及相分布的影響，以及浮