微通道内液-液两相流流型及传质的研究进展

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,分析了微通道特征、流体性质和流体流动速度等对流型形成和传质效率的影响。指出目前对于微通道内液-液两相流的研究多处于定性研究,定量研究仅针对某一体系展开,所得结果具有一定的局限性。关于微通道内液-液两相流传质研究实验较多而数值模拟方法相对较少,接下来的研究工作中应该考虑建立微通道内液-液两相流基础研究的数据库,通过分析大量的数据获得有效的流型划分准则和相关经验式以此推动微通道内液-液两相流的工业化应用。同时在传质研究过程中应研究开发相应的数值模拟模型,保证实验和数值模拟相结合,提出有效的传质效率评价机制。     

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。     

大深宽比双T形微通道内液-液两相流可视化研究

通过高速摄像对水力直径0.176mm、深宽比2.4的双T形矩形微通道内的液-液两相流动进行了可视化实验研究。改变连续相（硅油）和分散相（水）的流量比,记录分析了微通道不同部位油-水两相流的流型和流型发展演化情况。实验结果表明,在微通道上游T形部位的油-水两相流型主要包括滴状流、弹状流、波平行流和平行流;在微通道的中间部位,绘制了基于水和硅油量纲为1韦伯数的流型图,并将其与相关文献进行了比较。同时,发现微通道内液塞及液滴的长度（量纲为1）与油/水流量比之间存在线性关系,液塞/液滴速度比两相混合物表观速度大,建立了能够准确描述液塞/液滴运动速度的实验拟合公式。最后,研究了液滴在微通道下游T形部位的行为,观察到断裂和不断裂两种模式并进行了分析,给出了划分断裂与否的流型图。     

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...     

旋转式微通道内液液萃取的流型及传质

利用高速摄影仪观测了2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯（油相）与硝酸铬水溶液（水相）在旋转式微通道（RME）内部的液-液两相流流型,主要观察到了滴状流型（上油下水片状流、滴状片状流、滴状带状流）、带状流型（带状流、紊乱流）、上水下油流型（上水下油滴状流、上水下油片状环状流、上水下油带状流、上水下油丝状流）,共3类,9种。考察了微通道设备的尺寸、内筒转速以及进料流速对流型的影响。发现了随着流速和转速的增加,RME内部的流型从滴状流型到带状流型再到上水下油流型的一个转变。进一步利用水油两相的韦伯数将微通道内部的惯性力和黏性力相关联,绘制了流型图,发现了RME内部惯性、黏性力的线性变化关系。最后在9种不同的流型下进行铬的萃取实验,找到了可实现较高萃取级效率的流型。该旋转式微通道内部流型的研究可以为后期的实验和设备的应用奠定基础。     

微通道中液-液萃取传质特性的研究

研究了在一个内径为400 μm管式直线型玻璃微通道中的液-液两相的传质特性,其中去离子水为水相, 煤油（溶质是苯甲酸）为油相, 氮气为气相。实验研究了表面张力、黏度和气体分散相对体积传质系数的影响,结果表明：在内径为400 μm的微通道内,当停留时间为15 s时微通道内的萃取已达到平衡;水相的表面张力和液体黏度显著影响微通道内的传质效率;在液-液系统中引入气相后,水油两相之间的传质效率显著增加。     

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.     

微通道内气-液两相流及并行放大的研究进展

微化工技术从基础研究到工业应用的关键步骤是过程放大。为了实现产品的高通量、易控制和连续生产,微化工过程的研究主要集中于单通道内多相流的稳定性和微通道的并行放大。对单微通道内气液两相流的流型及其对传质的影响进行了综述,阐明了微通道内气液两相流的流动稳定性和传质高效性。同时,综述了微化工技术的应用现状,证明了微化工技术在工业化应用中的潜力。此外,综述了对称并行放大和非对称并行放大2种基本并行放大方式的研究进展,对其中的流体分布及其对传质的影响进行了总结。最后,对未来的研究方向进行了展望。     

台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理

利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道内液液两相流流型及其转变机理。以甘油水为分散相、含3% Span 85的环己烷为连续相,观测到了滴状-滴状流、过渡-滴状流、喷射-过渡流和喷射-喷射流4种流型;以两相流量为坐标轴绘制了流型图,并获得了流型转变线;分析了流型的转变机理。考察了分散相黏度对流型及其转变的影响机制。随着分散相黏度的增大,流型转变线整体向下移动,滴状-滴状流区域变小,喷射-喷射流区域变大。最后,运用介尺度概念分析了并行微通道内液液两相流非均匀结构的动态效应。     

螺旋管内油-水液液两相流流型

在两种不同放置位置螺旋管内进行了油 -水液液两相流流型的实验研究 ,定义了各种不同流动条件下油-水两相流的流型 ,给出了螺旋管内液液两相流的流型图 .进而讨论了各流型之间转变的机理 ,并考察了螺旋管结构尺寸及放置方式对油水两相流流型及相转变特性的影响 .     

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。     

萃取柱内液-液两相流CFD-PBM模拟研究进展

对萃取柱内CFD-PBM模拟研究进行了较详细的综述,包括其基本理论、不同的求解方法及模拟研究现状等. CFD-PBM模拟的基本方程包括流动方程和群体平衡方程,其相互耦合,群体平衡方程涉及破碎与聚并2个关键模型. 群体平衡模型的求解方法包括直接离散化方法、矩量法、正交矩量法、直接正交矩量法、分段正交矩量法等,对这些方法的原理、优点和缺点进行了综述. 目前国际上关于萃取柱内CFD模拟采用较多的是简单的欧拉-欧拉两相流模拟,考虑液滴尺寸分布和进一步的浓度分布的群体平衡模型应用较少. 完善伴随传质的液-液分散体系的群体平衡模型,并将其应用于不同类型的萃取柱中,是萃取分离学科的重要任务.     

Hydrodynamic Investigation on Deep Desulfurization of Liquid Fuel at the Microscale

Microscale processes offer a substantial advantage to the process industry as separation is conducted rapidly and efficiently. However, the effectiveness of the separation depends on the stability of the flow regime. Experimental and numerical analysis was carried out to characterize the flow patterns of polyethylene glycol 200 (PEG200) and diesel fuel at several flow ratios in order to achieve optimal conditions for a stable pattern. Computational fluid dynamics (CFD) was employed using the volume-of-fluid (VOF) model and the results were validated with the experimental data. Both experimental and numerical outcomes revealed two-phase flow patterns. These findings enable the application of the simulated module for further liquid-liquid mass transfer studies where sulfuric compounds exist as solutes in the fuel.     

制冷工质流动沸腾数值模拟中源项模型的研究进展

作为描述流动沸腾过程物理现象的核心,源项在流动沸腾的数值模拟研究中起着至关重要的作用,主要体现在：①反映流动沸腾过程的传热、传质机理;②描述沸腾传热、两相流动特征;③影响数值计算稳定性。源项模型的准确性、适用性及稳定性对于制冷工质流动沸腾机理的数值研究具有重要意义。本文通过文献综述的方法,对现有源项模型进行了梳理。首先从源项在数值模拟中的角色入手,对现有针对流动沸腾数值模拟的源项模型进行归纳;其后分别从纯工质、混合工质两方面对源项模型的研究进展进行具体综述,分析了典型模型（如动力学模型、标量场模型、扩散模型等）的优缺点;同时对源项模型的典型验证方法进行系统总结,包括标准模型验证法、实验验证法。在此基础上,指出了流动沸腾数值模拟中源项模型的发展方向。     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点,已被广泛应用于众多工业过程中。然而,流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性,使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律,无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来,数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述,并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况,进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性,为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究

在多相流实验管路系统中,设计向上30°倾斜管道中气液两相流的实验方案和流程,进行气液两相流流型实验研究,并绘制气液两相流流型图。再利用COMSOL Multiphysics软件,对向上30°倾斜管中气液两相流中不同时刻的体积分数进行数值模拟研究,验证COMSOL Multiphysics应用于气液两相流的可行性。结果表明采用COMSOL Multiphysics软件数值模拟向上倾斜管道中气液两相流流型的分析结果与室内实验法结果基本一致,可信程度较高,可作为分析气液两相流流型的主要方法之一。