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...     

微通道内汽液二相流压力降研究

以氮气为气相介质,以不同表面张力的液体(纯水、质量分数0.01%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形微通道(500μm×500μm)内气液二相流压力降进行可视化实验研究。实验数据表明:二相流流型对压力降的影响占主导地位,二相流压力降随着液体表面张力的增加而减小。二相摩擦压力梯度的测量数据与分相模型,匀相流模型理论预测值进行对比,平均偏差分别为34.3%和19.6%,预测效果不佳。通过对Chisholm关系式进行修正,得出新的预测模型,平均偏差为13.7%。结果表明:修正后的压降模型能较好地预测弹状流,弹状环状流和环状流实验结果。     

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。     

矩形微通道内两相流摩擦压降特性及计算方法

使用表面张力不同的纯水和乙醇作为液体,用氮气作为气体,在水平矩形微通道(dh = 0.29 mm)中开展两相流摩擦压降的实验研究,对通道进出口的压力进行了测量.结合流型说明了表面张力对摩擦压降产生的影响,并将实验压降值与均相流模型和分相流模型的预测值进行了对比,结果表明:在低压降区域,均相流模型预测值与实验值符合较好....     

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。     

垂直矩形窄缝通道内气液两相流型的研究

本文研究了矩形窄缝通道内气液两相流的流型.用目测和摄影方法得到气液两相向上并流的流型.用x-y函数记录仪测得各种流型下的压差频谱图.作出了以1/X_(tt)～G_t和j_(?)～Re为坐标的流型图.作者还用Lockbart-Martinelli方法计算了矩形通道内气液两相流的压降,并与实测值进行了比较.     

微通道内伴有化学吸收的气液二相流型

采用高速摄像仪对T型进口的矩形微通道内气液二相流型进行了实验研究,实验物系采用单乙醇胺(MEA)水溶液-N2和单乙醇胺水溶液-CO2。对于无相间传质的单乙醇胺水溶液-N2二相流动过程,观测到了泡状流、弹状流、弹状-环状流和液环流;对于伴有化学吸收的单乙醇胺水溶液-CO2二相流动过程,未观测到泡状流,而观测到弹状-泡状流。在实验范围内,随着深宽比减小,无论是否伴有化学吸收,弹状流区域均减小;对伴有化学吸收的气液二相流,随化学反应速率的增大,流型转换线向右移动。以化学反应速率为控制参数,分别给出流型转换判别式,预测结果与实验数据吻合良好。在弹状-泡状流型中,随着气相表观流速的下降和液相表观流速、深宽比以及化学反应速率的上升,微通道内临界泡状距离减小。     

并列矩形微通道内两相流流型和压降试验研究

以空气-水、空气-酒精为工质,在矩形截面为100μm×800μm的并列微通道(三通道)中进行了气液两相流动的流型和压降试验。观察到了泡状流、弹状流、波状流和分层流,而且微通道Ⅰ内流型变化最为复杂,微通道Ⅲ内的流型变化只出现了弹状流。通过与均相流计算模型预测值的对比发现:Mecadam粘度计算式预测的压降值在低气相速率时能较好地预测压降,但是预测范围非常小,全液相粘度预测的压降值在低液速时能够较好地预测本试验中的整体压降;分相流模型中Chishlom预测效果较好。     

垂直放置矩形微通道内气液二相流流型研究

文章采用激光影像放大系统,对垂直放置的100μm×800μm矩形微通道内气液二相流流型进行了实验观测和研究,实验物系为乙醇-空气体系。根据实验结果绘制出流型转换图,并进行了分析和讨论。实验观测到弹状流、液环-弹状流、液环流、液环-分层流、分层流和波状流,而未观察到气泡直径小于微通道内径的气泡流,其中稳定的分层流文献中尚未见报道。     

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。     

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。     

非闪蒸型气液二相流压降计算的计算机程序化

确定气液二相流的流动形式对于两相流的压力降计算非常重要,而在流型判断中,使用Baker图和GriffithWallis图进行手算尚可,却不利于计算机编程。基于此,应用Origin软件对Baker图和Griffith-Wallis图进行数据回归,得到划分区域线条的函数,再使用C++语言进行编程,实现整个计算过程的计算机程序化,可快捷、准确地判断垂直管道和水平管道的二相流流型,并使用均相法和杜克勒法计算出二相流管道压力降。计算机编程能大幅度提高计算效率,在处理杜克勒法压力降计算中的迭代运算时尤为实用。经过规范中例题的验证和工程实例运行结果,证明该方法是可行和准确的。     

微通道内流体压力降研究进展

从微通道构型出发,总结了恒定截面通道、变径通道、复杂通道内流体压降研究的最新进展,介绍了哈根?泊肃叶定律用于恒定截面通道的研究进展,提出了变径通道的截面变化对压降的影响,总结了复杂构型微通道内流体压降研究的难点,讨论了粘度、滑移、特征尺寸及其测量方式对压降的影响,为构建压降预测模型提供了思路. 对该领域今后主要的研究方向进行了展望.     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

DMLS微型换热器内纳米粒子浓度对Al2O3/R141b流动沸腾压降的影响

为探究纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降影响,运用超声波振动法制备质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%均匀、稳定的Al₂O₃/R141b纳米流体制冷剂,在直接激光烧结（DMLS）微型换热器中,设计系统压力为176 kPa,纳米流体制冷剂入口温度为40℃,在热通量21.2~38.2 kW·m^-2和质量流率183.13~457.83 kg·m^-2·s^-1工况下,研究纳米粒子浓度对Al₂O₃/R141b纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降影响。研究结果表明：纳米粒子浓度对纳米流体制冷剂在微细通道中流动沸腾气液两相压降有显著影响,气液两相压降随纳米流体制冷剂的纳米粒子浓度增加而减少,在纯制冷剂中R141b加入纳米粒子Al₂O₃,不同质量分数的纳米流体制冷剂流动沸腾气液两相压降降低5.5%~32.6%;通过SEM和表面静态接触角测试方法,发现纳米流体制冷剂沸腾气液两相压降随质量分数增加而减少的原因是纳米颗粒沉积在通道表面,增加了微通道表面的润湿性;对比国际上3种比较经典流动沸腾两相压降模型,并基于Qu-Mudawar关联式和Zhang关联式进行修正,得出两相压降结果的85%数据点位于修正后的关联式模型值的±15%范围之内,同时实验结果与修正后的模型结果偏差MAE值为11.7%,说明修正后关联式能有效预测本工况下实验值。     

Measurement and prediction of pressure drop in two-phase flow

Experimental data for air–water two-phase co-current flow in two different pipe diameters were used to test the prediction of pressure drop by a number of existing theories and correlations. Several models are shown to be useful for prediction, particularly with the stratified regimes which have proved difficult to handle in the past. The model suggested by Olujic proved to be of particular value.     

分相式多孔壁微通道流动冷凝传热强化与减阻

微通道换热器应用广泛,强化传热和减阻是新型换热器设计的重要目标。为了同时实现这两相目标,本文提出了一种分相式多孔壁微通道冷凝器,利用微针肋阵列组成的多孔壁在冷凝传热过程中实现了汽液两相分离。采用实验研究方法对比了分相式多孔壁微通道与普通实心壁微通道的流动和传热特性,结果证明分相式微通道在冷凝传热中同时具备强化传热和减阻的作用。深入研究了通道内两相流动摩擦耗散原理并提出了相分离减阻理论,指出汽液两相流内部摩擦耗散的减小是分相流减阻的关键。另一方面,分相过程使针肋换热面侧壁直接与高温蒸汽接触,极大消减了蒸汽与换热壁面之间的传热液膜厚度。沿流动方向不断扩展的液通道截面与不断减缩的汽通道截面积适应了流动冷凝过程延工质流动方向"水渐多,汽渐少"的规律,保证沿程传热效果不会恶化。     

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.     

Oil–water two‐phase flow in microchannels: Flow patterns and pressure drop measurements

This paper investigates oil–water two‐phase flows in microchannels of 793 and 667 µm hydraulic diameters made of quartz and glass, respectively. By injecting one fluid at a constant flow rate and the second at variable flow rate, different flow patterns were identified and mapped and the corresponding two‐phase pressure drops were measured. Measurements of the pressure drops were interpreted using the homogeneous and Lockhart–Martinelli models developed for two‐phase flows in pipes. The results show similarity to both liquid–liquid flow in pipes and to gas–liquid flow in microchannels. We find a strong dependence of pressure drop on flow rates, microchannel material, and the first fluid injected into the microchannel.