微通道內(nèi)液-液兩相流體力學(xué)行為的研究.pdf

1、由于液-液兩相體系的復(fù)雜性,其在微通道內(nèi)流體力學(xué)的研究還遠(yuǎn)不成熟。本文針對微通道內(nèi)牛頓流體/牛頓流體和牛頓流體/非牛頓流體兩種體系下的液-液兩相流體力學(xué)行為進行了研究。
　　利用高速攝像儀和壓差傳感器對微通道內(nèi)液-液兩相流進行了研究。實驗中采用微通道的尺寸(深度(μm)×寬度(μm))為:400×400、400×600、400×800,以環(huán)己烷為分散相,分別采用含0.3wt％表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的牛頓流體(蒸餾水-甘

2、油溶液,甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%,40%,60%)和非牛頓流體(羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%,0.25%,0.5%)為連續(xù)相。考察了兩相流率、黏度和微通道尺寸對微通道中兩相流流型、液滴尺寸、液滴速度和壓降的影響。
　　當(dāng)連續(xù)相為牛頓流體時,觀測到了彈狀流、滴狀流和并行流三種流型;當(dāng)連續(xù)相為非牛頓流體時,觀測到了彈狀流、滴狀流、噴射流和并行流四種流型。結(jié)果表明,微通道尺寸越小,連續(xù)相黏度越大,越有利

3、于滴狀流的生成。建立了兩種體系下的流型轉(zhuǎn)換線模型,兩種模型的預(yù)測值與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。
　　兩相流率、微通道深寬比、連續(xù)相黏度和毛細(xì)數(shù)均對液滴尺寸和液滴速度產(chǎn)生顯著影響。兩種體系中液滴尺寸均隨油/水兩相流率比的增加而增加,隨連續(xù)相黏度、毛細(xì)數(shù)、微通道深寬比的增加而減小;液滴移動率均隨液滴尺寸和毛細(xì)數(shù)的增加而增加,隨微通道深寬比和CMC濃度的增加而減小;當(dāng)連續(xù)相流率一定時,液滴移動率隨分散相流率的增加而增加;而當(dāng)分散相流率一定時,液

4、滴移動率隨連續(xù)相流率的增加先減小后增大。分別提出了液滴尺寸和液滴移動率的預(yù)測模型,預(yù)測值與實驗值吻合良好。
　　對于微通道中的單相流,實驗表明,其壓降隨微通道深寬比、流體流率和黏度的增加而增加。對于微通道內(nèi)兩種體系中的液-液兩相流,在彈狀流和滴狀流流型下,兩相流壓降均隨油/水兩相流率比和液滴尺寸的增加而降低,隨微通道深寬比、液滴速度、連續(xù)相黏度和毛細(xì)數(shù)的增加而增加;在并行流流型下,兩相流壓降還隨含油率的增加而減小。分別提出了彈狀流