聚焦型微通道内多相流动的模拟研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:mavylin
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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。
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