不同角度Y型汇流下蛇形微通道气液两相流实验研究

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蛇形微通道是一种特殊形式的微型管道,在许多工业应用中显示了独特的魅力,其广泛存在于生物、化学、能源等工程领域。微燃料电池、微反应器以及微蒸发器、微冷凝器等微型化工设备中存在着大量的弯管结构,该结构可以在有限的面积上实现长距离输运,这对设备狭小的空间显得尤为重要。流型作为两相流动行为研究的基础,不同的流动方式使得气液两相流经水平段以及上下游弯道时形成不同的位置分布,这对微换热器件的不同侧壁面带来一定的影响,这是区别于直微通道的重要地方,有必要对其流动机理展开深入的讨论。  本文以空气、去离子水分别作为气相和液相,基于可视化实验手段,利用高速摄像仪对不同角度Y型汇流下的蛇形通道气液两相流动特性及相分布进行了实验研究,采集到一些不同于常规通道的特殊流型,并对其形状、参数及产生的原因进行了分析。系统对比了Y型角度、气液混合方式对流型产生以及流体相分布所带来的影响。  蛇形通道内的泡状流以及弹状流与直通道相比发生了较大的变化,其形状受到流速、表面张力、弯道扰流这三方面因素的影响。特别是圆弧诱导弹状流以及戟形弹状流这两种流型中的气弹产生过程以及气戟过度方式直接受到弯头的影响,二者的头部、尾部外形也有别于传统的气弹形状。气液两相表观流速与其长度的变化趋势密切相关。并且非线性模型以及漂移流模型预测蛇形通道戟形弹状流空隙率时具有较大的优势。  上气下液型以及上液下气型这两种气液混合方式对流型的形成具有一定的影响,进一步表明微尺度下各种力,如重力、惯性力、表面张力等的重要地位将会得到重新配置。
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