t型微通道内taylor流三维数值模拟及其流体力学特性研究

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1、T型微通道内Taylor流三维数值模拟及其流体力学特性研究Three-dimensionalsimulationandhydrodynamiccharacteristicsofTaylorflowinaT-junctionmicrochannel学科专业：化学工程研究生：李根浩指导教师：袁希钢教授天津大学化工学院二零一四年五月万方数据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，

2、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

3、签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要本文主要采用三维数值模拟方法研究了方形微通道内Taylor流及其流体力学特性。采用了合理的网格划分方式和边界条件研究了方形微通道内Taylor流的流体力学特性，考察了第三维度对矩形截面微通道内Taylor流的液膜厚度的影响。针对T型微通道内的Taylor流，建立了三维数值模型，应用计算流体力学商用软件FLUENT和VOF多相流模型，提出了一种渐变式网格的划分方法，对微通道内Taylor流的液膜进行捕捉。为了提高三维数值模拟的模拟精度和计算效率，本

4、文提出了三种网格划分方式并通过对比模拟结果做出了分析与权衡。考虑到方形微通道的结构对称性，通过引入对称面边界条件，实现了微通道对称单侧的模拟，并通过考察Taylor流的流体力学特性参数对这种策略进行了验证。从模拟中获得的结果与文献中经验关联式值和实验测量值吻合良好。采用了一种精确高效的网格划分方式，利用对称面边界条件，建立了矩形截面微通道内Taylor流的三维模型，首先对方形微通道与圆形微通道中的液膜厚度进行了对比，发现适用于圆形微通道的关于液膜厚度的经验关联式对方形微通道不再适用。模拟过程中，

5、通过改变微通道横截面的纵横比，考察了第三维度对液膜厚度的影响，并与二维的模拟结果进行了对比，讨论了二维与三维模拟之间在液膜厚度方面的关系。关键词：CFD；微通道；数值模拟；Taylor流；网格划分方式；液膜厚度万方数据ABSTRACTThisresearchwasfocusedon3DnumericalsimulationofTaylorflowinasquaremicrochannel.ThehydrodynamiccharacteristicsofTaylorflowwasdetaileds

6、tudiedwithreasonablemeshresolutionandboundaryconditions.TheeffectofthethirddimensionontheliquidfilmthicknessofTaylorflowinarectangularcross-sectionmicrochannelwasalsoinvestigated.Seriesofsimulationsonair-waterTaylorflowwereperformedforaT-junctionTMmi

7、crochannelbyusingtheVOFmodelinFluent.Akindofgradientmeshapproachandthreekindsofmeshresolutionswereproposedtoachievethebalancebetweenthenumericalaccuracyandcomputationalefficiencyforcapturingtheliquidfilm.Consideringthesymmetryofthesquarechannel,astra

8、tegyandboundaryconditionswereproposedtosimulateahalfofthechannel.ThesymmetrymodelwasvalidatedbyexaminingthehydrodynamiccharacteristicsofTaylorflow.Thenumericalresultsobtainedfromoursimulationsagreedwellwithexistingempiricalcorrelationsandexperimental