微通道内液-液两相流研究进展

从流型、传质和应用3个方面,介绍了近年来微通道内液-液两相流的研究进展。液-液两相流型研究内容主要有两部分,即流型的观察、流型谱图的绘制以及考察多种因素对流型的影响,但是具有普适性的流型谱图和流型转变线仍未提出。液-液两相传质研究方法包括实验研究和数值模拟两种,主要研究在液滴流、弹状流和平行流3种稳定流型下的传质过程;且相对于定性研究,定量的传质研究较少。对于微通道内液-液两相流应用研究,主要体现在萃取、材料合成、生物结晶等方面。此外,对今后微通道内液-液两相的流型、传质和应用研究进行了展望,指出需从实验与模拟计算相结合以及拓展微通道内液-液两相流的应用研究两个方面进行深入研究,推进其工业化进程。     

微通道内气液两相Taylor流数值模拟

本文采用FLUENT软件对T型微通道内气液两相Taylor流进行模拟,得到了各物理参数对Taylor流的影响规律。在此基础上,采用最小二乘法进行拟合,得到了可以更准确预测T型通道内气液两相Taylor流气泡和液柱长度的经验关联式。     

微通道内气液两相流行为研究进展

综述了微通道内的气液两相流行为及传质特性。在微通道内流型一般分为泡状流、弹状流、环状流和弹状-环状流,没有分层流。气液传质效率比常规尺度中的提高了2～3个数量级。讨论了气泡对气液两相流的影响及其生成、生长和聚并规律。介绍了微通道内气液两相流的计算机模拟结果。从实验、理论和数值模拟3个方面对微通道内气液两相流的研究和应用前景进行了展望。     

T型通道内气液两相流相分离研究进展

回顾了气液两相流在T形处相分离研究的起因,阐述了对其研究的意义。从实验研究方面着重介绍了不同因素对T型通道内气液两相流相分离的影响。在模型研究方面,介绍了目前为止的3种模型化方法,简单阐述利用数值模拟(CFD)方法研究气液两相流相分离的情况,指出了T型通道内气液两相流相分离的研究难点,并且对该领域今后的主要研究方向进行了展望。     

T形微通道内环状气液两相流相分离

以氮气为气相工作介质,以不同表面张力的液体（纯水、0.01%SDS溶液、0.5%SDS溶液、乙醇）为液相工作介质,对矩形截面为100 μm×800 μm的T形微通道内的气液环状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明：环状流液相在侧支管中采出占优势。液相采出分率主要集中在0.25～0.65之间;气相采出分率在0.1～0.8,液相采出分率的增长幅度随着气相采出分率增加而变大。当气相表观速度一定时,液相采出分率随着两相流液体速度的增加而降低;当液体表观速度一定时,气体速度变化对液相采出分率影响不大;当两相的表观速度一定时,液相采出分率随着液体的表面张力降低而减小。所得实验数据与其它尺寸的数据进行比较,发现管径尺寸对环状流相分离有较大影响。     

微通道内气液(液液)二相流的实验研究进展

综述了微通道内气液(液液)二相流的流型特征.微通道内气液二相流常见的流型为泡状流、弹状流、环状流和翻腾流;液液二相流常见的流型为液滴流、塞状流、平行流及环状流.分析了不同操作条件对气液(液液)二相流行为的影响.介绍了微通道内气液(液液)二相流流型判别谱图,对常用的弹状流、液滴流和塞状流进行了重点介绍.指出了微通道内气液...     

蛇形微通道气液两相流动特性

以空气、去离子水为实验工质,在θ=50°的Y型混合器内充分混合,利用高速摄像仪对当量直径177.8 μm的小曲率蛇形微通道进行可视化实验,对比了两种气液混合方式(上气下液型、上液下气型)下的流动特性。实验发现的主要流型有弹状流、波状分层流、弥散流等,对此分别研究了气弹的形状和长度、液膜厚度以及气流携带液滴的份额,并提出新的预测液滴含量的关联式。此外,针对这两种不同的混合方式,在弯道处发现圆弧可以诱导产生弹状流,二者均经历拉伸和断裂过程,区别在于后者在拉伸之前,先要进行膨胀。不同的气液混合方式对各相的流动会产生一定的影响,两相流体在通道壁面附近以及弯道处的分布也有所区别。     

微通道内气液两相流中气化率的预测研究

建立了三维微通道模型,利用Fluent对模型进行求解不同工况下流质的气化率,在VOF模型中,假设液态酒精、气态酒精、液态水、气态水的入口体积分数恒定,设计了2种操作条件,即不同的入口流速和不同的加热量.将气化率作为输出,2种操作条件作为输入,通过非线性回归设计,建立了2输入单输出的预测模型.结果表明,同线性回归预测模型...     

微小通道内气液两相流数值模拟

基于CFD流体动力学计算软件FLUENT模拟了微小通道中气液两相流流动与换热,分析了截面方管与截面圆管内不同含气率下两相流的换热特性;对比微小通道内气液两相流的温度及含气率变化,分析得出同等条件下方管的换热特性更好。     

气液两相流流量测量方法的研究进展

总结气液两相流流量测量方法的研究进展。介绍节流法、直接法、速度法和分离法的测量原理,并指出对两相流的物性进行全面、详细的实验研究和理论计算将是后续研究工作的重点。     

矩形截面弯曲型微通道气液两相Taylor流压降的研究

主要测定了低分压CO₂（混合气相组成为5%CO₂和95%N₂，简写为CO₂/N₂）在矩形截面多弯头微通道中气-液两相Taylor流的流动压降。通过对比六个气液相体系，发现液相的物理性质对气液两相Taylor流压降的影响显著不同。表面张力变化组（CO₂/N₂-水、CO₂/N₂ -2%正丙醇水溶液和CO₂/N₂ -5%正丙醇水溶液）的气液两相Taylor流压降随液相流速的增大呈现线性增长趋势；黏度变化组（CO₂/N₂-甲醇、CO₂/N₂-乙醇和CO₂/N₂-正丙醇）的气液两相Taylor流压降随着 j_{\mathrm{L}}^{2/3} 变化而呈现规律性增大。重点考虑了弯曲通道二次流和液弹内循环的贡献，同时分析考虑了气泡的形状及其运动、通道特征参数和液相的物理性质，提出了新的气液两相Taylor流压降的表观摩擦系数模型，在±20%误差范围内获得了良好的预测效果。     

矩形截面弯曲型微通道气液两相Taylor流压降的研究

主要测定了低分压CO_2(混合气相组成为5%CO_2和95%N_2,简写为CO_2/N_2)在矩形截面多弯头微通道中气-液两相Taylor流的流动压降。通过对比六个气液相体系,发现液相的物理性质对气液两相Taylor流压降的影响显著不同。表面张力变化组(CO_2/N_2-水、CO_2/N_2-2%正丙醇水溶液和CO_2/N_2-5%正丙醇水溶液)的气液两相Taylor流压降随液相流速的增大呈现线性增长趋势;黏度变化组(CO_2/N_2-甲醇、CO_2/N_2-乙醇和CO_2/N_2-正丙醇)的气液两相Taylor流压降随着jL2/3变化而呈现规律性增大。重点考虑了弯曲通道二次流和液弹内循环的贡献,同时分析考虑了气泡的形状及其运动、通道特征参数和液相的物理性质,提出了新的气液两相Taylor流压降的表观摩擦系数模型,在±20%误差范围内获得了良好的预测效果。     

微通道气液两相流型及界面面积测定

以氢氧化钠水溶液及纯二氧化碳气体为工质,研究了石英玻璃微通道中的气液两相流流型及两相界面面积.实验中可清晰分辨的流型为弹状流(Slug),弹状-环状流(Slug-annular)及搅拌流(Churn),由实验观测的结果建立了相应的流型图并与Triplett实验结果进行了比较,结果表明高液相表观流速对流型转换影响较大.在微通道中可以实现比较高的气液两相界面面积,实验范围内气液两相界面面积高达5 070 m2/m3.两相界面面积随气相表观流速的增加而增加,而液相表观流速对两相界面面积的影响则不显著.相对于弹状流区域,在弹状-环状流及搅拌流区域可以实现比较高的传质界面面积.搅拌流区域气液两相界面面积可以采用气液表观雷诺数进行很好关联,其绝对平均偏差仅为3.76%.     

蛇形微通道气液两相流型的数值研究

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,以空气和水为介质对矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,系统地研究了表面张力,液相黏度,壁面接触角及通道截面形状对蛇形微通道内不同流型间转换界限的影响,并绘制了不同表面张力、液相黏度及接触角下的流型图。最后,将计算结果与相同当量直径不同截面微通道内两相流流型图进行对比,分析截面形状及高宽比对流型间转换界限的影响。这些基本规律为微通道的系统设计提供了一定依据。     

微通道反应器内气液二相流压降的研究

以氮气和去离子水为研究体系,采用混合均质模型,在内径分别为900μm和500μm的圆形微通道中针对微通道反应器内气液二相流的压降进行研究。分析了黏度、气液表观速度等因素对微通道反应器中气液二相摩擦压降的影响。结果表明:均相流模型与分相流模型在微通道反应器内适用性均有限;采用Mc Adams黏度公式对微通道内的压降进行理论计算,其结果与实际测量所得压降值吻合良好;微通道反应器中的气液二相摩擦压降随气液二相表观速度的增大而增大;将实验结果与分相流模型的预测值进行比较,分相流模型中Lockhart-Martinelli关系式不能很好地预测微通道中气液二相流的摩擦压降。     

微通道内液液两相流压力降的测量和关联

微通道内液液两相流的压力降对系统内部热量和质量传递具有重要影响。针对环己烷-含0.3%SDS(十二烷基硫酸钠)蒸馏水液液两相系统,利用高速摄像仪对2种不同深宽比的矩形截面直管微通道内的液液两相流进行了实时观测和记录,用压差变送器测定了其在弹状流型下的压力降。微通道尺寸(深度×宽度)分别为400μm×600μm,400μm×800μm。结果表明:弹状流型下的压力降随系统各相流率、毛细数、雷诺数、连续相黏度的增加而增加,随两相速度比值的增加而减小,且当毛细数Ca>0.015或雷诺数Re>20时,压力降随着通道截面深宽比的增加而增加。基于实验结果,修正了均相流模型,提出了新的压力降预测关联式,模型计算结果与实验值吻合良好。     

环形狭缝通道内气液两相环状流流动特性

建立了环形狭缝通道内气液两相环状流的理论模型 ,该模型计及环状流气芯流动的可压缩性、气液两相间的相滑移、气相对液滴的夹带作用等因素 .考察了两相流质量流量和干度对压降、液滴速度相对变化和狭缝喉部气芯通流面积的影响 .用建立的理论模型对空气 -水两相环状流通过环形狭缝的两相压降进行预测 ,预测值和试验值吻合良好     

气液两相流流经环形狭缝通道的流动特性

引言动力、能源、石油化工等领域中广泛应用着各类管壳式换热器,此类换热器的管子与折流板之间、折流板与壳体之间在制造与装配中存在着一定的间隙。这些间隙对壳侧的压降及换热系数有较大影响。对于单相流体,这些间隙产生的泄漏量可占总流量的15％～60％~［1～4]．根据文献报道~［5],大约有50％以上的管壳式换热器涉及气液两相流,迄今为止对气液两相流体流经环形狭缝通道的流动特性研究尚未见有文献报道．本文在水平放置环形狭缝通道中,对空气一水两相混合物流经3种不同间隙环形狭缝通道的流动特性进行了研究,并应用分相模型提出了计…     

制冷剂在微通道扁平T型管内的气液两相流相分配特性研究

气液两相流在常规T型管内的相分配特性已得到充分研究,但少有文献关注微通道扁平T型管内的两相流分配特性。以两相制冷剂R134a为工质,对扁平T型管内的相分配特性进行了实验研究。实验结果表明,气液两相流在扁平T型管内的液相进口流速增加会使液相分离比减小,气相分离比增大;进口干度增加使液相分离比增大,气相分离比减小;气相进口流速对扁平T型管内泡状流的相分配影响较小。由相分配模型预测值与实验值对比可知,现有的相分配模型还无法准确预测扁平T型管内泡状流的气液相分离比。在进口干度为0.45~0.5时扁平T型管内制冷剂R134a气液相分配比较均匀。     

气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展

气液两相流复杂多变的界面结构在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围.界面多尺度问题涉及化工领域、核安全领域以及其他多个领域,其可计算性是当前国内外气液两相流领域的研究焦点之一.分析了欧拉体系下处理气液两相流相界面不连续性的两种基本模型以及湍流模拟方法对界面结构的影响.针对离散流界面尺度分布性和混合流界面跨尺度性两类多尺度问题,分析了可计算性研究面临的困境,将其归因于网格尺度的约束、几何及物理边界的缺失.重点归纳了混合流界面跨尺度性问题的计算方法以及典型应用.最后对气液两相流界面多尺度问题提出了应对策略及研究趋势,为此类问题研究提供有益的参考.