并列矩形微通道内两相流流型和压降试验研究.pdf

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1、第41卷第2期化工机械169并列矩形微通道内两相流流型和压降试验研究周云龙刈陈玉修1刘旭2(1．东北电力大学能源与动力工程学院；2．中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院)摘要以空气一水、空气一酒精为工质，在矩形截面为100斗mx800斗m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

2、，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。关键词并列微通道气一液两相流流型压降中图分类号TQ027．3+2文献标识码A文章编号0254-6094(2014)02-0169-05随着自然科学与工程技术的发展，微型化工的研究已经成为一个重要发展趋势。微米级的微通道研究也以其高效、灵活等优点被广泛应用于化学、石油、能源以及环境等行业中¨。J。在化学工程领域方面，对于两相流动的研究主要是关于流型、压降、传热及传质等方面的研究。特别是在微化工技术中，不同的流型会有不同的流动

3、机理和传热传质效果，气液两相流的压降是极其重要的参数之一。马友光和刘玮莅对通道截面401山mX1001山m、40p,mX1601乩m的T型微通道；截面401山mX1001山m，两相入口夹角为1200的Y型微通道；截面401山mX100斗m，两相入口夹角为60。的Y型通道；截面40p,mX100vbm的两相垂直型微通道内的两相流动进行了试验研究和分析H1。在气液两相(空气一去离子水)流动的试验中观察到了弹状流、液环流和平行流。聂晶尧等研究了当量直径为95．2斗m微通道内的压降，采用均质混合模型计算了该种微通道内的压降，并指出Cicc

4、hitti粘度公式可以进行微通道内的压降计算H1。LiJ和PetersonGP研究了微通道当量直径为561xm的梯形、水平放置的微通道内蒸汽一水的流动特性，观察到了气泡流、波状流和环状流M1。SinghSG等对于当量直径为140±21xm的微通道进行了水蒸气一水的压降影响研究⋯。根据参考文献，微通道内气一液两相流观察到的主要流型有：泡状流、弹状流、搅拌流、环状流、层状流以及雾状流等。如今，国内对于微通道的研究主要是以非圆截面Y型和单级或双级T型通道为主。笔者主要研究了非圆截面U型并列(三通道)微通道内空气一水、酒精两相流的流型以及

5、压降进行对比性观察和计算。1试验系统1．1试验装置试验装置如图1所示。试验中，气一液两相流的动力设备采用型号为SDS—MP09医用微量注射泵(单道)，输出速率为0．1—1200．OmL／h，注射速率精度为4-2％(含机械精度±1％)。高速摄影仪采用瑞士Weinberger公司研发的SpeedCamVisario系统，高速摄影仪的最大分辨率为1536X1024，最大帧频达到10000帧／s，可以十分清晰地拍摄两相流的流型变化。光源采用6400K色温的三基色光管，光线亮度稳定、无闪烁。设备之间采用直径为2mm的软管连接，并用可凝固胶固

6、定、密封。试验在室温和常压条件}周云龙，男，1960年2月生，教授。吉林省吉林市，132012。1702014年下进行。图1试验装置示意图1．2微通道尺寸及形状文中微通道由浙江大学微分析实验室加工制作。微通道由上、下两块60mm×60mm玻璃板键合而成，下层玻璃片采用光刻和刻蚀技术加工成不同尺寸和形状的微通道，然后上层玻璃覆盖到下层玻璃片上，通过钻石打两个直径为2mm的孔作为微通道进、出口。微通道的矩形截面尺寸为1001山m×800p,m(深×宽)。图2中从左到右通道编号分别为微通道I、微通道Ⅱ、微通道Ⅲ。图2试验段示意图2结果与

7、讨论2．1微通道内两相流流型试验中，液相介质分别为去离子水和酒精，气相为空气。笔者对液相不同时产生的流型进行了对比。图3～5分别为微通道I、微通道Ⅱ、微通道Ⅲ内两相流的流型。当液相为去离子水时，并列微通道内出现了泡状流、弹状流、波状流和分层流；当液相为酒精时，并列微通道内出现了泡状流、弹状流、波状流和分层流。a．气一水两相流动b．气一酒精阳卡¨流动图3微通道I内两相流型a．气一水两卡H流动图4微通道Ⅱ内两相流型气一消精I埘j=¨流动a．气一水两栩流动b气一酒精fj^i棚流动图5微通道Ⅲ内两相流型第41卷第2期化工机械171当液相不

8、同时，微通道I内的流型变化不大，只是在空气一酒精的两相流动中弹状流的长度不同，可能是由于液相粘度爻大的缘故(图3a)。图4中，液相为酒精时微通道Ⅱ内没有出现波状流。图5中，微通道Ⅲ内只出现了弹状流。总体对比3个并列微通道可以看出，沿气液进口方向并列