T型微通道内气液两相流动特性研究

作者:王玉通 刊名:化工管理 上传者:赵新德

【摘要】本文通过计算流体力学软件FLUENT,基于VOF模型,对化工生产中常见的T型微通道内气液两相流动情况进行了2维模拟。得到了T型微通道内Taylor流的气泡生成过程和压力变化情况。模拟的结果与前人的实验结果吻合较好。通过模拟结果的分析发现,微通道内气泡的生成过程是挤压力、表面张力和剪切力共同作用的结果。泡状流下,微通道内压力的分布呈规则的阶梯状分布,这一结论符合Young-Laplace方程。

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以 >P。。 40 3 0 2000 巴 ,oo0 0 - 1000 0 O Do。1 0002 0, 3 X/m 图4 t=O.0047s时微通道中心线上压力分布情况 从模拟结果还可以看出,微通道内上游的压力始终高于下 游的压力。这是因为随着气泡头部的不断增大 ,通道逐渐被增 大的气泡所堵塞 ,液体只能从气泡与避免的狭小缝隙通过并在 上游积压 ,这种积压导致了上游压力的不断增大 ,并驱动气泡 向下游发展。最后气泡完全堵塞了通道,使上游的压力达到峰 值,在剪切力与挤压力的共同作用下,颈部最终被夹断而形成 一 个完整的气泡。 3结语 本文采用计算流体力学软件 FLUENT,基于连续性假设和 N—s方程,并综合考虑 了粘性力和表面张力的作用 ,对 T型微通 道内一种特殊的气液两相流动情况—Taylor流 (或泡状流)进行 了研究 ,得到气泡形成中经历的4个阶段及形成稳定流型后微 通道中心的压力分布情况。通过分析发现微通道内流体挤压 力和表面张力在气泡形成的整个过程都起作用,水对气泡的挤 压力随时间的延长而增大,在气泡脱离前达到最大值;气泡后 端所受表面张力随时间递减,塌陷阶段达到最小值 ;黏性力仅 在气泡形成前两阶段起作用。水的流动受到扩张气泡阻碍,产 生逐渐增大的挤压力是使得气泡从颈部脱离的主要原因。 参考文献 : [1】文璐 ,微通道 中气液两相流 的数值模拟;华东理工大学 硕士学位论文,2012. [2】袁希钢,宋文琦.T型结构微通道气液两相流型的数值模 拟[J].天津大学学报,2012,45(9):763—769. YUAN Xigang,SONG Wenqi.Numerical Simulation of Gas— Liquid Two Phase Flow Pattern in T—junction Microehannel[J]. Journal of Tianjin University,2012,45(9):763—769. [3V1志鹏,徐进 良,张伟.T型微通道 内液滴流型分布及不 稳定性分析『JJ,MEMS器件与技术,2008,45(5):275—281. LIU Zhipeng,XU Jinliang,ZHANG Wei.Flow Patterns and Instabilities of Monodisperse Droplet Formation in a Microfluidic T—Junction Device[J]。Micronanoelectronic Technology,2008,45 『51:275—281 [4]Shazia Bashir,JuliaM.Rees,William B.Zimmerman.Simu— lations of microfluidic droplet formation using the tWO—phase level set method[J],Chemical Engineering Science,201 1,66:4733— 4741. [5]N.Shao,W.Salman,A.Gavriilidis,P.Angeli.CFD simula— tions of the effect of inlet conditions on Taylor.flow formation[J],In— ternational Journal of Heat and F1uid Flow.2008 29:1603—16ll1. [6]Dongying Qian,Adeniyi Lawa1

参考文献

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