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文檔簡介
1、隨著微加工技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的設(shè)備元件趨向于小型化、微型化,如用于冷卻微電子電路的微小換熱器、用于生物基因工程的點陣芯片、用于環(huán)評檢測的便攜式反應(yīng)器等。這些應(yīng)用中都有一些元件涉及發(fā)生在直徑小于1mm通道內(nèi)的氣液兩相流問題,為了更好的推進工程設(shè)計應(yīng)用,達到流動過程可控的目的,就需要人們對微通道內(nèi)工質(zhì)流動特性的全面了解。鑒于此就需要很好的理解兩相流動特性包括兩相流動狀態(tài),壓降和減阻效應(yīng)。雖然在對直徑相對較大的通道研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多理論
2、機理,例如兩相流的流動模型和一些相關(guān)性概念,但它們對微通道的適用性還需要被研究證實,微尺度效應(yīng)對流動、傳熱、傳質(zhì)的影響有待進一步說明,且目前相關(guān)報道很少。
本文利用電子顯微鏡搭載高頻工業(yè)相機對Y型微通道進行可視化實驗研究,通道截面為矩形100μm×200μm。在實驗中記錄了典型流型與壓力信號,繪制了流型圖,經(jīng)分析后提出流型轉(zhuǎn)變預(yù)測模型,并采用壓力信號對流動壓降進行研究,分別提出基于分相流模型的壓降預(yù)測公式以及基于流型為基礎(chǔ)的壓
3、降預(yù)測模型,在對減阻效應(yīng)研究時,發(fā)現(xiàn)證實添加高分子聚合物或者改變管壁親水性可實現(xiàn)流動減阻效果。
在流型的研究分析時,實驗中發(fā)現(xiàn)記錄了三種典型流型:彈狀流,環(huán)狀流,分層流。繪制流型圖并與已有文獻對比分析,發(fā)現(xiàn)通道尺寸,截面形狀,壁面材料的濕潤性以及氣液兩相的混合方式都影響著流型狀態(tài),基于上述因素提出預(yù)測模型。
在對壓降的研究分析時,首先對壓降的影響因素展開分析,包括氣液兩相表觀速度,表面張力,通道尺寸等因素。然后分別用
4、均相流模型與分相流模型對本實驗數(shù)據(jù)進行驗證對比,發(fā)現(xiàn)分相流模型對于本實驗的預(yù)測更準確些,并基于分相流模型提出修正公式應(yīng)用與本實驗條件,預(yù)測誤差更小。最后以三種典型的流型為基礎(chǔ),根據(jù)產(chǎn)生流動阻力的來源不同,對流動壓降進行,提出以流型為基礎(chǔ)的壓降預(yù)測模型。
在對流動減阻效應(yīng)的研究分析時,借鑒現(xiàn)有文獻分析,驗證高聚物分子具有TOMS效應(yīng),其中高聚物分子鏈具有抑制阻力產(chǎn)生的能力,并且流動阻力隨著高聚物的濃度增加,在本實驗條件下其減阻效
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