本文關鍵詞： 微通道 氣液兩相流 穩(wěn)定性 分布 模型　出處：《天津大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：微通道技術是實現(xiàn)化工過程強化和安全可控的重要手段,其微米級的通道結(jié)構帶來了對流動過程的精確控制。為了確保微通道中多相流的可控性和可操作性,本文基于不同操作條件、流體物系和通道結(jié)構尺寸對微通道中氣液兩相流動穩(wěn)定性和分布規(guī)律進行實驗研究,并構建相應的評判準則和理論模型以描述和預測流動過程的穩(wěn)定性,為微通道在工業(yè)應用中的可操作性提供實驗和理論基礎。本文實驗采用CCD高速攝像機和多點光纖檢測系統(tǒng)對氣液兩相流動狀態(tài)進行檢測,前者借助自編程序?qū)崿F(xiàn)對圖片信息的批量處理,后者以精度高和響應時間短的優(yōu)點,實現(xiàn)流體流動數(shù)據(jù)的高效采集。對于兩相流的開車過程,使用壓力傳感器檢測氣相通道入口的壓強值以識別開車過程,并利用CFD軟件對氣相壓強邊界的開車過程進行數(shù)值模擬。對于彈狀流氣泡尺寸的分布、氣液兩相流動的穩(wěn)定性以及在多通道中的分布規(guī)律,選擇寬操作條件(氣相0.2~50 mL/min,液相0.05~20 m L/min)、多種液相物系(去離子水、乙醇、葡萄糖溶液和煤油)以及不同通道結(jié)構和尺寸的T型微通道進行實驗研究,并基于偏差系數(shù)和特征參數(shù)Kolmogorov熵值來評價氣泡尺寸的均勻性、流體分布規(guī)律以及流動狀態(tài)的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明,泡狀流和彈狀-分層流的流動狀態(tài)不穩(wěn)定,而彈狀流相對穩(wěn)定,且其氣泡尺寸的偏差系數(shù)隨毛細管數(shù)的減小而增大。此外,高液相流量有利于實現(xiàn)兩相流在多通道的均勻分布,并可形成穩(wěn)定的彈狀流。理論模型方面,通過量化微通道中的壓力擾動構建壓力模型用以預測彈狀流中氣泡尺寸的分布;基于Kolmogorov熵的定義和對不穩(wěn)定流動的成因分析,構建擬拋物線型的方程預測Kolmogorov熵值,描述復雜兩相流的流動穩(wěn)定性并確定可操作區(qū)間;通過質(zhì)量衡算、動量衡算和通道間壓力擾動的量化,構建多通道中兩相流分布模型預測分布結(jié)果。上述模型不僅可以有效地預測微通道中氣液兩相流動狀態(tài)和分布情況,還可確定穩(wěn)定流動的操作區(qū)間,為微通道的工業(yè)應用提供操作指南。
[Abstract]:Micro channel technology is an important means to realize the chemical process intensification and safety control, the micro channel structure brings the accurate control of flow process. In order to ensure that the micro channel in the multiphase flow of controllability and maneuverability, this paper based on the different operating conditions, fluid system and channel structure for the experimental study of gas liquid the two-phase flow in microchannels stability and distribution, and constructs the evaluation criteria and the corresponding theoretical models to describe and predict the stability of flow process, micro channel in industrial application operation to provide experimental and theoretical basis. This experiment used CCD high speed camera and multi point optical fiber detection system to detect the state of gas-liquid flow two, the former by means of program batch processing the picture information, the advantages of high accuracy and short response time, high fluid flow data mining Set. For the two-phase driving process, using a pressure sensor for detecting gas phase pressure values to identify the channel entrance drive process, numerical simulation and CFD software is used to drive the gas pressure boundary. The distribution of slug bubble size, the stability of the two-phase flow and the distribution in multi channel wide selection, operating conditions (gas phase 0.2~50 mL/min, m L/min, 0.05~20 liquid phase) of various liquid phase systems (deionized water, ethanol, glucose solution and kerosene) and different channel structure and size of the T type micro channel were investigated, and the deviation coefficient and characteristic parameters of Kolmogorov based on entropy to evaluate the uniformity of bubble the size of the fluid distribution and flow stability. Experimental results show that the flow state of bubble and Slug - stratified flow instability, and slug flow is relatively stable, and the gas bubble size deviation Coefficient decreases with the capillary number increases. In addition, the high liquid flow rate is conducive to the realization of two-phase flow in uniform distribution channels, and can form a stable slug flow. Theoretical model, through quantitative micro channel pressure perturbations in the construction of air bubble size distribution by flow to slug pressure prediction model; analysis the definition of Kolmogorov entropy and the unstable flow causes based on the construction of quasi parabolic equation to predict Kolmogorov entropy, the flow stability description of complex two-phase flow and determine the operating area; through the mass balance and momentum balance between channels and quantify the pressure disturbance, constructing multi channel distribution model of two-phase flow distribution forecast results. The model not only can effectively predict the gas-liquid two-phase flow in microchannels and distribution, can also determine the steady flow of the operating range, provide the operating guidelines for the industrial application of the micro channel.

【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ021.1

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