共轴微通道两相流量对流型及微滴特征的影响

微通道内生成微滴以其可控性和精巧性,在生物、医学和化学等领域得到了迅速的发展和应用。本文研究了直管共轴微通道内两相流流量流型、液滴特征直径和频率的影响。发现了四种流型:柱塞流、滴流、射流和管状流。在(Cac,Wed)图中,Wed为流型变化的控制参量,Cac为次要控制参量。固定分散相流量,液滴特征直径随着连续相流量的增加而减小、液滴频率随着连续相流量的增加而增加;固定连续相流量,液滴特征直径和液滴频率都随着分散相流量的增加而增加。     

连续相流量对室温液态金属复合微滴的影响

以竖直共轴微通道为研究对象。采用室温液态金属为分散相、海藻酸钠溶液(1wt%)为连续相,二者在微通道内形成两相流。改变连续相流量和固定分散相流量,通过高速摄影机对分散相微滴形成过程进行拍摄分析。复合微滴呈现滴流包覆(Dripping)、柱塞流包覆(Squeezing)、复合射流(Compound Jetting)三种模式。根据实验数据,绘制出以连续相流量为横坐标、分散相流量为纵坐标的流型分布图。发现固定分散相流量Q_d,改变连续相流量Q_c对分散相微滴产生频率f_d、连续相悬滴包覆分散相微滴数目n、流型有明显影响。只有在滴流包覆(Dripping)模式下,才能获得均匀的复合微滴。     

分散相流量对液态金属复合微滴的影响

本文以竖直共轴微通道为研究对象,采用液态金属为分散相、海藻酸钠溶液(1wt%)为连续相,二者在微通道内形成两相流,改变分散相流量和固定连续相流量,通过高速摄影技术对微滴形成过程进行拍摄分析。复合微滴形成经历了滴流包覆(Dripping)、柱塞流包覆(Squeezing)、复合射流(Compound Jetting)三种模式。根据实验数据,绘制出以连续相流量为横坐标、分散相流量为纵坐标的流型分布图。发现固定连续相Qc,改变分散相流量Qd对微滴产生频率fd、连续相悬滴包覆分散相微滴数目n、微滴产生机理有明显影响。只有在滴流包覆(Dripping)模式下,才能获得均匀的复合微滴。     

液液两相流法制备海藻酸钠包覆的液态金属微滴

本文以室温液态金属(GaInSn)为分散相、海藻酸钠(NaAlg)溶液(1wt%)为连续相,采用液液两相流方法,在竖直共轴微通道中,制备得到NaAlg凝胶包覆的多个GaInSn微滴,具有单分散、尺寸一致的特点。GaInSn/NaAlg两相流存在四种流型:分散相滴流、分散相柱塞流、连续相滴流和连续相射流。GaInSn微滴的包覆模式三种:Squeezing、Dripping和Compound Jetting,其中Dripping和Compound Jetting是主要的包覆模式。在较低的GaInSn流量下,NaAlg流量增加到一定程度后,包覆模式由Dripping转变Compound Jetting。固定两相流量比,随着两相流量的同比例增加,GaInSn微滴的特征频率呈线性增加、包覆个数增加、特征长度变化不显著。     

共轴微通道NaAlg-Oil两相流的实验研究

本文以海藻酸钠溶液(1%wt)为分散相、豆油为连续相,研究竖直共轴微通道的两相流动特性。在两相流型图中,存在Slug、Dripping、Jetting三种流型,Dripping流型的区域最大,Slug和Jetting流型的区域较小,流型转变机理不相同。在Dripping流型区域,微滴长度随着连续相流量的增大而减小;微滴频率随着连续相流量的增大而增大。在Jetting流型区域,微滴长度随着连续相流量的增大减小,微滴频率随着连续相流量的增大而增大。两种流型之间存在微滴长度和频率的拐点。随着分散相流量的增加,非牛顿流体海藻酸钠溶液的粘度下降,分散相的粘性力减小、惯性力增加,微滴长度和微滴频率都增大。     

共轴微通道油水两相流流型分析

本文以竖直共轴微通道为研究对象,采用墨水为分散相、润滑油为连续相,二者在微通道内形成两相流,改变分散相流量和连续相流量,观察到了滴状滴、弹状流、喷射滴流、波浪流和线流的五种流型。根据实验数据,绘制出以连续相流量为横坐标、分散相流量为纵坐标的流型分布图。在微尺度下,表面张力和粘性力对流体的运动起主要作用。推导出微滴的特征长度ddrop和频率fdrop的经验公式,微滴的特征长度ddrop正比于(Qd/Qc)1/2,微滴的频率fdrop正比于(Qd+Qc)5/3。     

表面张力对共轴微通道气液两相流的影响

本文以共轴流微通道芯片为研究对象,采用分散相为氩气、连续相为十二烷基硫代硫酸钠(SDS)的水溶液,在400μm×600μm矩形通道内形成气液两相流。改变表面活性剂的浓度,观察表面张力改变下流型的变化趋势,绘制出以连续相毛细数为横坐标、分散相韦伯数为纵坐标的流型分布图。实验得到滴流、滴状射流、弹状流、环状流的四种流型。随着表面张力减小,弹状流与环状流之间的边界向右移,滴流与射流之间的向边界右移。弹状流与滴流、射流之间的边界向右移不明显。     

EHD喷印技术相关参数数值分析

目的对基于电-液耦合动力学原理(简称EHD)喷印技术的相关参数,进行锥射流和滴落模式下的数值分析研究。方法在锥射流模式中,对毛细凝结加热液体喷射的物理模型进行调整,以适用于EHD喷印;对滴落模式的液滴沉积过程,引入表面张力概念进行数值分析。运用数值法得到了锥射流的轮廓图,集中讨论了流量和净高度对射流直径的影响;重点研究了液滴直径与电压频率和液体表面张力之间的关系,并将理论结果与实验和经验数据进行了比较分析。结果锥射流模式在一定条件下,射流直径随着流量和净高度的增大而增加;在滴落模式中,得到的液滴直径随电压频率和流体表面张力的增大而减小,且数值分析得到的结果与实验结果相一致。结论对相关参数进行数值分析是对实验研究的补充,为EHD喷印技术研究提供了理论参考。     

共轴微通道水相微球制备

本文以竖直共轴微通道为研究对象,采用去离子水为分散相、5W-20润滑油为连续相,二者在微通道内形成两相流,在管外收集到单分散水相微球,分散相流量Qd的变化范围6ml/h~84ml/h,连续相流量Qc的变化范围6ml/h~192ml/h。发现在以连续相流量Qc为横坐标、分散相流量Qd为纵坐标的水相微球直径图中,单分散水相微球的形成区域存在一条穹顶形边界。单分散的水相微球分布在此边界下部,随着连续相流量Qc的增加,单分散水相微球的形成边界呈现出先上升后下降的趋势。形成单分散水相微球的Qd60ml/h。单分散水相微球直径与两相流量比(Qd/Qc)呈现出对数增加的关系。     

并联矩形突扩微通道气液两相流动特性研究

微尺度下的相变强化传热是微电子领域散热的研究热点,而微通道内气液两相流流型和压降分析是微流动系统设计和控制的基础。本文针对并联矩形突扩微通道,通过流型可视化、理论分析及实验研究的方式,对微通道内两相流动特性进行了分析研究。通过可视化实验,在并联矩形突扩微通道内观察到了4种典型流动,分别为泡状流、塞状流、弹状流和环状流。当Qg=110 mL/min、Ql=20 mL/min时,两相流动流型达到最大程度的射流状态,出现充分流体射流情况。通过建立压降预测模型,结合实验结果分析了压降模型的适用性和精度,结果表明:含有突扩结构的并联矩形微通道在质量流速为367~691 kg/(m^2·s)范围内的压降预测模型的平均预测误差为18.56%,优于经典文献中的预测精度,且随着整体压降的增大,预测精度增大。     

带偏角环形聚能装药射流汇聚性能研究

利用LS-DYNA软件对带偏角环形聚能装药射流的二次汇聚进行了数值模拟,研究了汇聚射流的质量和环形药型罩的锥角对射流汇聚性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:带偏角环形聚能装药可提高药型罩材料转化为射流的转化率,增大射流的连续拉伸长度和头部速度,增强射流的稳定性;二次汇聚射流头部速度随着药型罩锥角的增大而减小,头部直径随着锥角的增大而增大;对于偏角为15°的药型罩,当锥角为40°时产生的汇聚射流头部空腔较小,破甲能力较好。研究结果可为环形聚能装药的工程设计提供参考。     

微磨料浆体射流形成过程的能量传输

为了研究微磨料浆体射流形成的能量传输与转换,用碳化硅磨料对40CrMnMo7钢进行冲击,建立数学模型描述冲击力与射流压力、喷嘴效率、射流流量、水力功率等参数的相互影响,通过测量射冲击力、射流流量来预测射流系统的单位水力功率的出力状况。结果表明,该数学模型可以预测射流冲击力与水力功率之比,由系统压力模型计算的冲击力比实验结果小20%;在射流的滞止区内,压力与冲击力不呈线性关系,在相同压力下,磨料粒子具有更大的动能,微磨料浆体射流冲击力比纯水射流的大20%,单位水力功率提供的射流冲击力随着射流压力的增大而减小;射流冲击力随着喷嘴直径、射流压力的增大而增大,在靶距较小的情况下,冲击力随着靶距的增大而增大,当靶距达到一定值时,冲击力随着靶距的增大而减小。     

低流量下阵列式微通道对流沸腾特性实验研究

设计了阵列式微通道热沉结构,进行了并R134a的沸腾流动换热实验。结果证明,在低干度区域由泡状流/弹状流/半环状流主导,主导换热机理为对流沸腾和蒸发,热交换系数随热流密度显著增加,随质量流量增大而略有增加。在高干度区域搅拌流/束状流主导沸腾流动,对流蒸发为主导换热机理,换热系数随流量增大而增大。该结构可以在低流量下提前紊流转捩;有效抑制压力波动,减小进出口压力差。实验观察发现搅拌流/束状流型,气液界面波失稳导致液膜破碎和卷携。液滴沉积会润湿局部蒸干壁面。当热流持续增大,液膜破碎并大量被卷携入气核后,壁面附着气膜且无法被润湿,形成反束状流型时,触发CHF。     

气液两相流流型振荡诱发制冷循环不稳定性的实验研究

研究利用变制冷剂流量制冷循环的实验平台结合流动显示方法发现:1)蒸发器出口的制冷剂气液两相流流型存在过热蒸汽流和雾状流两种型式,二者之间存在一个转变过渡区域,此时,两种流型闪动交替出现,回气温度随机性波动;2)膨胀阀出口(即蒸发器入口)的制冷剂气液两相流的流型存在液一气分相流、泡一气分相流两种型式,二者之间也存在一个转变过渡区,此时两种流型交替出现,制冷循环周期性振荡,蒸发温度、回气温度、排气温度等参数周期性波动:且振荡周期随着制冷循环制冷剂流量的增大而缩短.     

基于往复式柱塞与临界流喷嘴的动态流量发生控制研究

目的:动态流量计量性能是评价流量仪表的重要指标之一,但目前对于动态流量发生装置以及评价方法仍缺少相关研究;本文提出一种利用临界流喷嘴的限流特性,结合往复式柱塞持续输出可控流量的动态流量发生装置。方法:在AMESim仿真环境对实验系统进行建模,计算获取动态流量输出对应的柱塞缸轨迹曲线,由电子凸轮控制伺服驱动的柱塞缸动态调节喷嘴上游压力,进而实现动态流量的输出,通过往复式柱塞的交替运行实现流量的持续输出。结果:装置能够实现不同频率、幅值组合的正弦气体流量平滑输出,限于柱塞的运行速度,动态流量的输出频率最高约为0.2 Hz[幅值(0.084 8±0.000 5) g/s]。结论:基于往复式柱塞与临界流喷嘴的动态流量输出方案可行,后续可进一步开展动态流量评价方法研究,并针对流量仪表进行动态测试。     

起伏振动状态下水平管内气液两相流研究

通过将振动装置与两相流实验回路结合的方法,对起伏振动状态下水平管内气液两相流问题进行了实验研究。同时基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段,通过数值模拟的方法,进一步扩展了研究内容:重点考察了振动工况及流体性质对压降和流型转换的影响。研究结果表明:振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,主要流型有珠状流、泡弹流、沸腾波状流、波状流以及环状流。振动影响管内压降,但当Re数大于5 600时,无论是振动频率还是振动幅度对压降均没有很大影响。与稳态工况类似,黏度几乎不影响流型转换界限,流体处于高黏度状态时,振动工况对于流型转化及压降的影响减弱。振动频率和振动幅度的增大均使得流型转换界限呈现向外扩张的趋势,且与振动幅度相比,振动频率的改变对流型转换影响更大。     

双丝单弧气保焊熔滴过渡及焊缝成形

双丝单弧气保焊是一种新型熔化极焊接方法,系统由单电源、单送丝机构和单焊枪组成,双丝共用一个具有两孔的导电嘴,单电源通过导电嘴同时向双丝输出电流形成单个电弧,双丝末端熔滴相互吸引形成共熔滴并稳定过渡到熔池。采用高速摄像、信息同步采集及焊接电源等装备,开发双丝单弧气保焊熔滴过渡试验系统,研究了不同焊接电流参数对熔滴大小、过渡行为及焊缝形貌的影响,并阐明了双丝单弧气保焊熔滴过渡机理。结果表明：随着焊接电流的增大,熔滴过渡形式依次为多脉一滴、一脉一滴、射流过渡和潜弧射流过渡四种模式,过渡频率逐渐增大,熔滴体积逐渐减小。焊缝形貌研究表明,随着焊接电流增大,焊缝熔深逐渐增大,熔宽先增大后减小,当焊接电流为570 A时,焊缝截面成形质量最佳,此时熔敷速度为15.8 kg/h。     

一种射流振荡式微通道流量计的设计与仿真

以射流振荡技术为基础,设计了一种用于测量微通道内液体流量的射流振荡式流量计.通过对微通道射流流量计结构模型的FLUENT数值仿真,研究流体流动过程的振荡特性及振荡原理,进而优化结构参数,建立微通道内液体流速与振荡频率的特性关系.最终的仿真结果表明,射流振荡式流量计附壁稳定,切换灵敏,斯特劳哈尔数恒定,在一定程度上为微通道射流流量计的设计及优化提供了有效的途径.     

活塞式合成射流激励器流场特性研究

本文主要介绍了一种活塞式合成射流激励器,并对其进行了全面的数值模拟计算研究,计算结果表明,合成射流流场与诸多因素有关一一激励频率、出口长度、活塞直径、活塞冲程、出口宽度,并分析了随着各个参数的变化合成射流流场的变化规律：随着激励频率和活塞冲程的增加,射流流场速度增加,涡量增大,随着出口长度的增加,涡量增大;随着活塞直径的增加,流场变化不明显;随着出口宽度的增加,流场速度减小,涡量减小。     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。