T型微通道内弹状流流动特性.pdf

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1、第40卷第3期化工机械297T型微通道内弹状流流动特性周云龙+刘博刘袖(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要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、o．50％SDS溶液、乙醇)为液相介质，对矩形截面为100p,m×800p,m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：气相表现速度一定时。液相采出分率随着液体表观速度的增加而减小；液体表现速度一定时，气体表现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

2、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。关键词T型微通道弹状漉表面张力相分离中圈分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2013)03-0297-06微通道因具有的良好的传热传质性能、内在安全性与高度集成特性使之在气液吸收和气液反应方面具有广阔的应用前景。微通道内，气液两相弹状流的工艺操作条件非常灵活，气体和液体流动速率范围较大，并且可以为反应过程强化提供高相界面积和流场。所以弹状流在微通道中气液的化学反应中是一种很重要的流形。近些年来，对微通道内弹状流已经有了许多研究。王凌等⋯研究了气泡分布演化与含气率的关系

3、、气柱运动与测压电局部压力关系等。YunJx等心1通过可视化实验手段对弹状流的流动参数进行了实验研究。HanY和ShikazonoN”3对弹状流液膜厚度作了详细的调查。MaYG等H1对弹状流压力降做了具体研究。T型微通道作为一种特殊形式的微型管道，广泛存在于许多紧凑型机械系统中。当气液两相弹状流流过T型三通时，由于液体和气体选择各自优先路径，导致两条支管(侧支管和直通支管)的含气率出现明显差异，不可避免地发生相分离现象。对于换热器来说，T型处两相流分配不均会使得支管路中缺少液体，导致传热恶化，严重影响下游设备的正常运行甚至损毁。因此对T型微通道内

4、弹状流相分离特性研究是十分重要的。笔者对T型微通道内的气液弹状流进行了相分离可视化实验，最终的目的是为在一定的范围内，对在T型微通道内弹状流的行为起到一定的预测作用，在工程上保证T型微通道内优异的流动特性提供理论指导和技术支撑。1实验系统和方法1．1实验系统设备实验所用T型微通道如图1所示，通道截面·周云龙，男，1960年2月生，教授。吉林省吉林市，132012。100斗mX800IXm图1T型微通道298化工机械2013年为矩形(100斗m×800斗m)，气液两相进口段为1em，混合段为2cm，主支管与侧支管为1cm。实验所用微通道注射泵由北京

5、善德仕医疗科技有限公司生产，型号为SDS—MP09(速率精度±3％)。支管液体流量由上海精天FA2004A电子天平(精度为0．1mg)测量，气体流量由D-600MD数字型质量流量计(精确度±1％)测量。高速摄影机的最大分辨率为1536×1024，最大帧频达到10000帧／s，可以清晰地抓拍到微通道内气液两相流瞬间行为，并且记录在计算机内。实验中气相介质为空气，液相介质分别为纯水、0．01％SDS(sodiumdodecylsulfate)溶液、0．50％SDS溶液、乙醇，流体的物理性质见表1。表l气液两相流液相流体数据1．2实验方法实验在常压室温

6、下进行，实验装置如图2所示，气体与液体分别由注射泵注入到微通道内，并且控制人口速度。在微通道内，气体和液体经过20mm混合通道后在T形处重新分配。此过程用高速摄像机采集图像并且记录。图2实验装置原理图两相流在T形处重新分配后经过支管进入气液分离器，进行气液分离。用高精度天平测量分离后的液体速度(在3min内测量其总质量)，气体速度由D-600MD数字型质量流量计(精确度±1％)测量，并且由AzziA等设计的气泡流量计进一步测量监测∞。：进口气体流量与出口气体流量相差9％以内认为是好数据；进口液体流量与出口液体流量相差5％以内认为是好数据。2实验结

7、果和讨论2．1流型的观察及实验点的选取通过可视化手段，利用高速摄影仪拍摄到了弹状流的典型流形，如图3所示。为了进一步确定所做的实验流型形为弹状流，根据ChungPM和KawajiM¨1绘制的流形图，选取相分离实验数据点，并且标注在流形图(图4)上，该流形图的实验管径为0．53mm，与本实验微通道尺寸相近。第40卷第3期化工机械299图3不同表观速度下弹状流a．JG=0．20m／s，JL=0．16m／s；b．Jc=0．50m／s，JL=O．35m／s；c．JG=O．50m／s，JL=0．10nl／S；d．Jc=0．50m／s，JL=O．16m／s；

8、e．Jc=1．00m／s，JL=0．10m／s图4ChungPM和KawajiM流形图2．2液体表观速度对相分离的影响以气相采出分率(侧