微通道中液—液泰勒流的cfd模拟

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1、微通道中液-液泰勒流的CFD模拟CFDSimulationsofLiquid-LiquidTaylorFlowinMicrochannels学科专业：制药工程研究生：李婷指导教师：许松林副研究员天津大学化工学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论

2、文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要微通道换热器广泛应用于航空航天、现代医疗、化学生物工程等诸多领域，研究其流体力学和传热行为可以为优化现有反应器的操作和开发更高效的新型反应器提供指

3、导。基于计算流体力学软件Fluent16.2，对微通道内液-液两相泰勒流动和传热进行了模拟研究，主要内容包括以下几个方面：建立微通道中甲苯-水两相流二维物理模型，研究泰勒流的流动和传热特点。完全发展后的泰勒流流体力学和传热特征呈稳定的周期性分布。壁面剪切力和界面涡度对管壁和界面温度的波动性变化具有一定影响，且存在一定的时间滞后性。甲苯-水两相泰勒流动下的壁面努塞尔数比气-液两相流大得多，液弹单元平均努塞尔数是相同条件下单相流的1.3倍。通过改变分散相物系、流体进料速度和壁面热通量，考察其对泰勒流传热的影响。选择具有更高热导率的分散相

4、物系和适当提高分散相进料速度能够加快微通道两相流的传热速度，但泰勒流形态下的两相进料速度也存在一定限度，超过此限度时，液-液两相会在微通道内形成平行流，使得微通道轴线位置处的流体难以起到传热作用。提高壁面热通量时，泰勒流液弹头部和尾部附近的壁面温度增长最高。建立带有扩径区和凹陷区的微通道物理模型，研究泰勒流在变径区的变形和传热规律。微通道变径区的几何尺寸存在一定界限，大于该界限值时，会使得流经此处的液膜结构遭到破坏，液弹直接接触到微通道壁面，壁面和轴线处流体温度发生显著改变；小于该界限值时，由于阻滞作用不够强，液弹能够恢复到原来的形

5、状。通过变径区的泰勒流液弹是否失去液膜，关键在于液弹是否先于受到壁面阻滞作用的液膜通过该区域。关键词：微通道，泰勒流，传热，计算流体力学IABSTRACTMicrochannelheatexchangerhasbeenwidelyusedinaerospace,modernmedical,chemicalandbiologicalengineeringandmanyotherfields.Studyonitshydrodynamicsandheattransferbehaviorcanprovideguidanceforoptimi

6、zingtheoperationofexistingreactorsanddevelopinganovelreactorwithhighperformance.BasedonthecomputationalfluiddynamicssoftwareFluent16.2,thehydrodynamicsandheattransferoftheliquid-liquidtwo-phaseTaylorflowinthemicrochannelweresimulated.Themaincontentsincludedthefollowing

7、aspects:Thetwo-dimensionalphysicalmodeloftoluene-watertwo-phaseflowinamicrochannelwasestablishedtostudythehydrodynamicsandheattransfercharacteristicsofTaylorflow.ThehydrodynamicsandheattransfercharacteristicsofthecompletelydevelopedTaylorflowshowedastableperiodicdistri

8、butiontrend.Thewallshearstressandinterfacevorticityhadcertaineffectonthefluctuatingchangesofwallandinterfacetemperatu