三维菱形结构微通道内气液传质与强化

研究了具有三维交错菱形结构的微通道对离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF₄])水溶液吸收CO₂过程的传质增强作用。实验主要聚焦于弹状流和破碎弹状流。考察了弹状流型下气液流量、离子液体浓度对体积传质系数k_La、增强因子E、CO₂吸收率X及压力降ΔP的影响。结果表明,较之于直通道,三维菱形通道可以显著提高体积传质系数和CO₂吸收率,其增强因子可达2.1,压力降仅增加 0.9 kPa。提出了一个新的体积传质系数k_La预测式,预测效果良好。采用VOF法模拟了微通道内气液两相流动过程,获得了连续相的速度矢量场。三维菱形通道能诱导涡流,强化传质过程。     

制冷剂充注量对微通道蒸发器换热性能影响的实验研究

以微通道换热器作为柜式空调蒸发器,设计并加工了微通道蒸发器(MCE,扁管和翅片均为铝材),搭建实验测试系统。研究了三种入口形式(Z-Inlet, Y-Inlet, U-Inlet)、五种制冷剂充注量(800~1600 g)下微通道蒸发器的表面温度分布、制冷量(Q)、输入功率(Pin)和能效比(EER),并与管翅式换热器(FTE,铜管-铝翅片)进行对比分析。结果表明,Z-Inlet形式MCE内部制冷剂行程基本相同,流量分配较均匀,其表面温度分布比较均匀,换热效果最佳;Z-Inlet形式MCE的制冷量和EER最高,与另外两种形式相比,制冷量和EER最高分别提高了8.8%和5.7%;MCE的制冷量和EER比FTE大,制冷量平均超出了11%,最高达13.3% (约600 W),EER平均提升了9.36%,最大约为12.4%;此外MCE的EER达到峰值对应的制冷剂充注量与FTE相比减少了200 g。     

低高宽比微通道中的流动沸腾不稳定性

以甲醇为工质,在不同进口温度、质量流速、热通量和倾角下对低高宽比矩形微通道中流动沸腾不稳定性进行了研究。在宽广的参数范围内发现存在3类不稳定性：流量漂移静态不稳定性、压力降型脉动动态不稳定性及压力降和密度波复合不稳定性。由于大长径比 （L/D=159.5）实验段本身及实验段上游可压缩容积的存在,导致在水动力曲线负斜率区压力降型脉动的发生。分析了进口温度、倾角、质量流量、热通量等因素对不稳定性的影响,发现压力降型脉动的发生主要取决于质量流量、热通量及进口温度三者的影响,给出了以热力学平衡质量含气率表示的脉动工况界限范围。     

微通道中钒的液-液流型和萃取传质动力学研究

采用伯胺N1923萃取剂在微通道中研究V(V)的液-液流型和萃取传质动力学,以15vol% N1923作为连续相、钒氧酸根水溶液作为分散相,研究不同流速下两不混溶相的流型变化规律及两相停留时间和微通道管径作为流速的函数对传质的影响。随两相流速增大,段塞流长度和比界面面积基本不变,且两相流体由Raydrop微通道流入外接毛细管微通道时由于微通道的扩张会改变两相流动方式,使同一实验条件下在微通道中同时出现多种流型,与此同时两相流速和总体积传质系数(kLa)呈正相关,表明流型在本研究体系中对传质的影响可忽略。在相同管径通道内,停留时间与总体积传质系数呈负相关,表明在两相接触通道入口处发生了显著传质。在相同的两相混合速度和相比下,254 μm的管径传质效果是750 μm的9倍,表明小管径内传质效果更加,循环强度更大。最后将实验总体积传质系数结果与总体积传质系数的经验式进行了关联,有望为实现将微通道放大的绿色冶金技术提供理论基础。     

Effects of gas concentration on hydrodynamics of gas absorption in a microchannel

In this article, the effects of gas concentration on hydrodynamics of gas–liquid two-phase flow with mass transfer during gas absorption in a microchannel are investigated, by using 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) solution to absorb mixtures of CO₂ and N₂ with various volume fractions. The concentration of CO₂ not only affects the driving force of gas–liquid mass transfer, but also affects the pressure drop of gas–liquid two-phase flow. The average linear velocity of the liquid phase is estimated by introducing the void fraction, which accurately characterizes the difference in the bubble velocity versus the liquid velocity. On this basis, the pressure drop model of gas–liquid two-phase flow with mass transfer in a microchannel is established. Through the pressure drop model, the influence mechanism of CO₂ concentration on the pressure drop during gas absorption in a microchannel is revealed.     

非对称通道内亲疏水结构影响下的纳米气泡滑移效应

目的 研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果.方法 采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应.首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考虑微通道流动传热过程,探究纳米气泡影响下的微通道界面速度滑移现象.结果 保持亲水下壁面高度以及上下...     

微通道内气-液传质研究

以CO₂-H₂O为模型体系，实验考察了当量直径为667 μm的单通道和16个并行通道内的气-液传质行为.实验发现，液体表观速度增加，单通道内液侧体积传质系数明显提高;同一液体表观速度下，液侧体积传质系数随气体表观速度增加而增加;在实验数据基础上关联了液侧体积传质系数与气-液两相流参数间的关系.微通道内的液侧体积传质系数较常规尺度气-液接触设备至少高1～2个数量级.并讨论了并行微通道内气-液两相流分配特性对整体传质性能的影响，表明合理设计气、液流动分布结构，可保证微通道内优异的传质特性.     

微通道内伴有化学吸收气液两相流的空隙率与压力降

微通道内气液两相流空隙率与压力降对微反应器的热质传递性能有显著影响,是微反应器的重要设计参数。采用高速摄像仪和压力测量系统分别对矩形微通道内单乙醇胺水溶液化学吸收CO₂过程的空隙率和压力降进行了研究,考察了弹状流下气液两相流量与化学反应速率对空隙率及压力降的影响。结果表明:当液相流量一定时,微通道内空隙率和压力降均随着气相流量的增大而增大,空隙率随化学反应速率的增大而减小,压力降随化学反应速率的增大而增大;当气相流量一定时,随着液相流量和化学反应速率的上升,微通道内空隙率下降,而压力降上升。提出了微通道内伴有化学吸收的空隙率和压力降的半理论预测模型,模型平均误差分别为15.79%和11.12%,显示了良好的预测性能。     

超声微反应器内三硝基间苯三酚合成工艺研究

三硝基间苯三酚（TNPG）是重要的医药中间体,通常以间苯三酚（PG）为原料,在间歇反应釜中经硝化合成。该工艺存在反应时间长、能耗高、安全性差等问题,亟需开展新型连续合成工艺研究。在超声微反应器中开展了PG混酸硝化过程研究,通过引入超声解决微通道中高黏流体混合差和固体产物易造成通道堵塞的难题,实现TNPG连续合成并大幅缩短了反应时间。此外,基于对原料和产物的质谱等分析,初步探讨了反应路径和行为特征。在优化工艺条件下（PG浓度：1.0 mol/L;硝酸与PG摩尔比：4;反应温度：40℃;停留时间6~10 min）,TNPG收率可达80%,固体纯度大于98%。