T型微通道内弹状流流动特性

以空气为气相介质和不同表面张力的液体(纯水、0.01%SDS溶液、0.50%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形截面为100μm×800μm的T型微通道内的气液弹状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明:气相表观速度一定时,液相采出分率随着液体表观速度的增加而减小;液体表观速度一定时,气体表观速度变化对液相采出分率影响不大;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。另外,将所得的相分离实验数据与其他管径尺寸的数据进行比较,发现不同尺寸T型通道内弹状流相分离特性比较相似。     

T型微通道内两相流流型及相分离特性

以氮气和水为工作流体,在矩形截面为100 μm×800 μm的T型微通道内进行了气液两相流可视化实验,观测到弹状流、弹状-液环流、环状流、分层流和搅拌流,得到了流型图和流型转换界限.通过对比对弹状流、环状流和分层流相分离实验结果,证明在T型微通道内气液两相流相分离特性受上游流型影响.上游流型为弹状流时,气体优先从侧支管采出:上游流型为环状流时,液体优先从侧支管采出:上游流型为分层流时,气体只从其中一条支管中采出.当流型一定时,液相采出分率随着入口液体速率增加而减小,而气体速率变化对液相采出分率影响不大.     

泡沫金属亲疏水性对T型小通道气液两相流相分离特性影响研究

小通道填充泡沫金属成为近几年强化换热方向的研究热点。以空气和水为工作介质,将PPI为10和20的泡沫金属分别填充到截面为2.5 mm×2.5 mm的T型小通道内,改变泡沫金属的亲疏水性,分别研究弹状流和环状流下气液两相表观流速及亲疏水性对相分离的影响机制。比较亲水、疏水处理及未处理这三种泡沫金属的分离特性发现：无论是弹状流还是环状流,分离效果最好的是亲水处理后的泡沫金属,其次是未经处理的泡沫金属,而进行疏水处理后的分离效果最差,填充泡沫金属的T型通道相分离效果要明显好于未填充的通道。对于亲疏水处理过的T型通道,无论是弹状流还是环状流,T型小通道内侧支管气相采出分率占优,液相采出分率随着液体表观速度的增加而降低,但气相表观速度对液相采出分率影响很小。而泡沫金属PPI的减小会降低气相采出分率,使分配效果更加趋近于均匀分布线。     

泡沫金属亲疏水性对T型小通道气液两相流相分离特性影响研究

小通道填充泡沫金属成为近几年强化换热方向的研究热点。以空气和水为工作介质,将PPI为10和20的泡沫金属分别填充到截面为2.5 mm×2.5 mm的T型小通道内,改变泡沫金属的亲疏水性,分别研究弹状流和环状流下气液两相表观流速及亲疏水性对相分离的影响机制。比较亲水、疏水处理及未处理这三种泡沫金属的分离特性发现:无论是弹状流还是环状流,分离效果最好的是亲水处理后的泡沫金属,其次是未经处理的泡沫金属,而进行疏水处理后的分离效果最差,填充泡沫金属的T型通道相分离效果要明显好于未填充的通道。对于亲疏水处理过的T型通道,无论是弹状流还是环状流,T型小通道内侧支管气相采出分率占优,液相采出分率随着液体表观速度的增加而降低,但气相表观速度对液相采出分率影响很小。而泡沫金属PPI的减小会降低气相采出分率,使分配效果更加趋近于均匀分布线。     

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。     

T形微通道内氮气/非牛顿流体两相流相分配

以氮气作为气相工质,以纯水和浓度分别为0.10wt%、0.25wt%、0.50wt%的PAAm水溶液分别为液相工质,在当量直径为178μm的T形微通道内进行气液两相流相分配的实验。实验结果表明:非牛顿流体的性质对两相流相分配特性有着重要的影响。当液体的有效黏度增加时,弹状流和环状流的液相采出分率增加。通过对弹状流与环状流两种流型的对比,发现环状流的液相采出分率受非牛顿流体性质影响较大,而弹状流受其影响较小。     

气液两相流在微小T型三通中的相分配特性

通过一系列可视化实验,研究了入口流型为弹状流和环状流时,在内径为0.5mm的水平微小T型三通中的相分配特性。结果发现：弹状流相分配曲线主要位于气相富集区,随着入口液体表观速度的增加,在低气体抽出比时,液相抽出率减小,但在高气体抽出比时,液相抽出率增大;入口气体表观速度增加对弹状流相分配的影响较小。对于环状流,相分配曲线主要位于液相富集区,随着液体表观速度增加,液相抽出率减小;而气体表观速度增加,导致液相抽出率增加。     

微通道内弹状流气液分离的数值研究

微小三通管内的流量分配及相分配特性对微型工程设备的正常运行至关重要.为了研究微三通管流体分配器的相分配特性,采用计算流体动力学(CFD)方法,对微小三通管道模型进行了数值模拟.计算了jG=0.1m/s,jL=0.05 m/s的两相流不同时刻的相分布图,得到了气泡流经三通管时,气泡分离经历的过程.以空气和水为介质,研究了在不同气相速度和不同液相速度下,采出分率与质量分离效率的关系.气体速度不变,液体速度越大,质量分离效率越高,相的重新分配越不均匀.液体速度不变,气体速度越大,质量分离效率变化不大,总体为气体比液体更容易从侧支管采出.     

水平管环状流液膜厚度与波动参数分布

环状流是常见的一种气液两相流流型,基于双平行电导探针阵列传感器设计了环状流液膜动态测量系统,以水和空气为介质,进行了气相表观流速15~35 m/s、液相表观流速0.1~0.4 m/s范围内的水平管环状流周向液膜测量实验,分析了水平管环状流的液膜厚度、相界面波动参数的空间分布与发展变化规律。结果表明,水平管环状流底部液膜厚度随气相表观流速的增加而减小,随液相表观流速的增加而增大,但在高液相表观流速时有饱和趋势,对应条件下周向其他位置的液膜厚度持续增大,尤其在45°位置显著增大,下半周液膜分布趋于平缓;由底部到顶部,液膜波速和波频在周向上均呈逐渐减小趋势,与液膜厚度的分布规律一致,大幅度的扰动波主要分布在底部;底部液膜波速和波频随气相表观流速增加而增大,液相表观流速增加时,波速随之增大,但波频无明显变化,对应波长增大。     

水平管环状流液膜厚度与波动参数分布

环状流是常见的一种气液两相流流型,基于双平行电导探针阵列传感器设计了环状流液膜动态测量系统,以水和空气为介质,进行了气相表观流速15～35 m/s、液相表观流速0.1～0.4 m/s范围内的水平管环状流周向液膜测量实验,分析了水平管环状流的液膜厚度、相界面波动参数的空间分布与发展变化规律。结果表明,水平管环状流底部液膜厚度随气相表观流速的增加而减小,随液相表观流速的增加而增大,但在高液相表观流速时有饱和趋势,对应条件下周向其他位置的液膜厚度持续增大,尤其在45°位置显著增大,下半周液膜分布趋于平缓;由底部到顶部,液膜波速和波频在周向上均呈逐渐减小趋势,与液膜厚度的分布规律一致,大幅度的扰动波主要分布在底部;底部液膜波速和波频随气相表观流速增加而增大,液相表观流速增加时,波速随之增大,但波频无明显变化,对应波长增大。     

Gas–liquid two-phase flow division at a micro-T-junction

The phase distribution of a gas–liquid flow through a 1 mm T junction has been studied. Gas superficial velocities of 2.5 and 4.9 m/s and liquid superficial velocities 0.09–0.42 m/s were investigated. Increasing the liquid superficial velocity was shown to decrease the liquid taken off at the side arm. Increasing the gas superficial velocity was found to affect the phase split by increasing the fractional liquid taken off. It was noticed that pressure has no influence in the phase split when it was increased from 0.13 to 0.18 MPa. From examination of data from different pipe sizes, it was seen that the 1 mm T-junction shared similar split characteristics as those observed for larger diameter junctions. Finally, the gas–liquid flow pattern through the junction was observed to be slug for a range of gas and liquid superficial velocities.     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

多室气升式环流反应器流动特性的数值模拟

在空气-水两相多室气升式环流反应器（MALR）中,采用欧拉欧拉两相流模型对扇形反应室内气液两相流动过程进行了数值模拟研究,考察了上升室的气含率、液体速度随表观气速的变化,最后用实验数据对模拟结果进行了验证.结果表明,某一上升室气含率受该室表观气速的影响较大,与另一上升室表观气速的影响较小;循环液体与上升室流体流动型式有关;气含率和循环液速的模拟值与实验值的平均相对误差分别为5.36％和8.28％;说明了应用数值模拟方法研究MALR流动特性的可行性.     

大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

The Effect of Superficial Gas Velocity on Wavy Films and its Use in Enhancing the Performance of Falling Film Reactors

Mass transfer in co‐current downward annular flow depends on the amount of liquid carried by the waves. The thickness of this portion of the liquid film increases with the superficial gas velocity up to about 20–25 m s^–1 for two‐phase air/water flow. The maximum apparent friction factors observed in air‐water annular flow also appear at superficial air velocities about 20–25 m s^–1. Organic compounds, like fatty alcohols and alkylbenzenes, show a maximum apparent friction factor at lower superficial gas velocities. The gas velocity at which a maximum friction factor occurs is dependent on the surface tension, appearing at lower gas velocities for liquids with lower surface tensions. Progressive increases of the superficial gas velocity can be used to graduate the mass transfer along a falling film device.