微通道氣液兩相流動(dòng)與傳熱數(shù)值研究.pdf

1、近些年來，隨著自然科學(xué)以及工業(yè)應(yīng)用朝著微型化的趨勢(shì)發(fā)展，微化工設(shè)備和微流體技術(shù)逐漸成為化工技術(shù)、熱能技術(shù)等工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。微反應(yīng)器、微換熱器、微接觸器等設(shè)備在石油、能源、化工等領(lǐng)域均表現(xiàn)出安全、高效、可控等優(yōu)勢(shì)。作為微化工設(shè)備的主要組成元件，對(duì)微通道內(nèi)的流體流動(dòng)及傳熱規(guī)律的研究具有重要而深遠(yuǎn)的意義。
　　建立了矩形截面微通道三維模型，利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)考察了不同結(jié)構(gòu)尺寸的12個(gè)微通道內(nèi)壓降、流動(dòng)摩擦阻力系數(shù)、對(duì)

2、流換熱努賽爾數(shù)以及綜合評(píng)價(jià)因子等特性，并對(duì)正方形截面微通道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提出了不同折彎角度的微通道模型。
　　結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　?。?）由于尺度效應(yīng)的影響，微通道內(nèi)流動(dòng)壓降與對(duì)流換熱系數(shù)均大于常規(guī)尺度下的理論預(yù)測(cè)值。
　　（2）微通道截面高寬比為1時(shí)流動(dòng)均勻性最佳，壓降及摩擦阻力系數(shù)最小。
　?。?）長度相同的微通道，長徑比越小，單位面積換熱量因尺寸的增大而有所減小，但由于受入口效應(yīng)的影響，對(duì)流換熱系數(shù)越大。

3、>　　（4）適當(dāng)增大高寬比，減小長徑比，是增強(qiáng)矩形截面微通道內(nèi)對(duì)流換熱強(qiáng)度的有效措施。
　?。?）在本文研究范圍內(nèi)，折彎角度為150°的微通道具有較好的流動(dòng)及換熱性能。
　　構(gòu)建了矩形截面T型微通道三維模型，采用Fluent軟件中的VOF多相流模型，數(shù)值模擬了T型微通道內(nèi)互不相容氣液兩相流動(dòng)情況，觀察到了微通道內(nèi)周期性出現(xiàn)的Taylor氣泡，考察了氣液相進(jìn)口流速、液相粘度、表面張力、壁面潤濕性等對(duì)氣液兩相流的影響。
　

4、　結(jié)果表明：
　?。?）微通道內(nèi)中心軸線上的壓強(qiáng)在氣液界面處發(fā)生突變，且氣相壓強(qiáng)始終大于液相壓強(qiáng)。
　?。?）氣泡成形過程中，在壁面及氣相的共同作用下，液相速度方向發(fā)生改變，形成內(nèi)循環(huán)。
　?。?）氣泡頭部及尾部均存在局部的內(nèi)循環(huán)和漩渦，兩相間的速度差形成氣相帶動(dòng)液相運(yùn)動(dòng)的“曳力”。
　?。?）Taylor氣泡、液柱長度均與該相流體進(jìn)口流速的大小呈正相關(guān)；氣泡長度隨液相粘度的增加而稍有減小，隨表面張力的增大而明顯

5、增大。
　?。?）氣泡在微通道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是氣相和液相運(yùn)動(dòng)速度的正向疊加，液相粘度的增大增強(qiáng)了氣泡與壁面間液膜對(duì)氣泡的“攜帶”作用。
　?。?）壁面潤濕性不影響Taylor氣泡的長度，但影響氣泡生成時(shí)間及氣液相界面形狀。
　　建立了矩形微通道的三維瞬態(tài)模型，運(yùn)用 VOF模型中的蒸發(fā)-冷凝相變模塊，數(shù)值模擬了氣液兩相流動(dòng)沸騰的流動(dòng)及換熱情況。
　　結(jié)果表明：
　?。?）在所研究的范圍內(nèi)，沸騰換熱機(jī)制為對(duì)流蒸發(fā)，流