微通道内液液弹状流实验与模拟研究

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微通道反应器由于其卓越的传热及传质性能,受到研究者的重视。本文在内径分别为0.6mm、0.8mm和1.0mm的聚四氟乙烯通道中研究液液弹状流的传质性能,并用VOF模型模拟微通道的流体力学,旨在为微反应器的设计及优化提供理论基础。本文采用CCD高速摄像机的可视化方法测量了液液弹状流液柱长度,进而计算了两相传质界面积;以乙酸正丁酯的皂化反应为对象研究了微通道内液液两相的相间传质性能。结果表明,微通道内分散相与连续相的液柱长度和两相接触面积均随着表观流速的增大而增大,随着管径的增大而减小。在表观液速0.0050.08m/s范围内,测得微通道内液液两相的相接触面积和体积传质系数分别为8404100m2/m3和0.0020.37s-1。且传质系数随着管径和管长的减小而增大;随着水相NaOH浓度和表观流速的降低而减小。采用GAMBIT软件建立二维几何结构并进行结构化网格的划分,采用FLUENT软件对其进行求解计算。模拟了微通道内液液弹状流的形成过程,模拟结果与实验现象十分吻合;考察了通道内压力分布和壁面润湿性对液柱形成及其尺寸的影响。结果表明壁面润湿性越差,形成液柱的时间越短,分散相液柱长度越短;首次通过UDF与VOF模型的耦合,模拟了液液弹状流发展过程中两相界面的传质过程。
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