微米級喉道局部阻力特性可能是影響石油采收率的重要因素,也是滲流力學(xué)和多相微流體力學(xué)共同面對的問題。本文采用微流控技術(shù)在硅片上加工出微通道,其中一條為直通道（水力直徑為193μm）,其它三條帶有水力直徑不同的微喉道（水力直徑為24～45μm）,四條通道的直道部分幾何尺寸完全相同,對單相水和水包油兩相流體過微喉道的局部阻力特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,同一流量下喉道的水力直徑越小,其局部阻力損失越大;微喉道結(jié)構(gòu)的局部阻力損失是流量的截距為0的二次函數(shù),其中一次項為摩擦阻力項,二次項為進(jìn)出口效應(yīng)項;預(yù)測模型曲線與實驗值具有相同的趨勢,數(shù)值上稍微有些偏差,表明進(jìn)出口效應(yīng)項的預(yù)測較為準(zhǔn)確,摩擦阻力項有些偏差,可能的原因是表面張力、表面潤濕性等微尺度效應(yīng)對摩擦系數(shù)有所影響,其影響有待于進(jìn)一步研究。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2019,40(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖２試驗段微通道結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ??

劉冬旭等：微喉道中油水兩相流的局部阻力損失研究??１８３７??８期??２微喉道結(jié)構(gòu)局部阻力損失預(yù)測模型??微喉道結(jié)構(gòu)示意圖及顯微鏡掃描結(jié)構(gòu)圖如圖３??所示，文獻(xiàn)［ｌｈＭ使用的經(jīng)典的局部阻力損失計算??公式不再適用。??圖３所示的微喉道結(jié)構(gòu)的局部阻力損失由進(jìn)口??段損失、喉道段損失和出口段損失三部分組成，即：??ＡＰｔｈ?＝?ＡＰｉｎ?＋?ＡＰｆ?＋?ＡＰ〇ｕｔ?（１）??／ｐ－ｔｈ?＝?（１０）??其中，／ｐ為孔道段的摩擦阻力系數(shù)，與／的計算公??式相同，為泊肅葉數(shù)，對于圓管＝?６４，而對??于矩形截面通道，仏用Ｋａｎｄｌｉｋａｒ?Ｍ提出的多項式??擬合公式進(jìn)行計算。??Ｐｏ＝９６（ｌ－１．３５５３ａ＋?１．９４６７ａ２?－?１．７０１２ａ３＋??０．９５６４ａ４?－?０．２５３７ａ５）??其中，ＡＰｔｈ為喉道段總的局部阻力損失，ｋＰａ；?ＡＰｉｎ??為進(jìn)口段阻力損失，ｋＰａ；?ＡＰ／為喉道段摩擦阻力損??失，ｋＰａ；?ＡＰｏｕｔ為出口段阻力損失，ｋＰａ。由局部阻??力損失通用的計算公式可以得到進(jìn)口段、出口段以??及喉道段的局部阻力損失表達(dá)式。??ＡＰｉｎ?＝?＾??（２）??△Ｐｏｕｔ?＝??ｐｕ２??＝Ｓｏｕｔ??（３）??ｐｕ２??ＡＰ／＝Ｃ／＾－??⑷??其中，Ｃｉｎ、Ｃｏｕｔ和Ｃ〇ｕｔ分別為進(jìn)口段、出口段??和喉道段的局部阻力損失系數(shù)；Ｐ為流動工質(zhì)的密??度，ｋｇ／ｍ３；?ｗ為工質(zhì)在喉道段的流速，ｍ／ｓ。參照景??思窨等１８１以及計光華等１９１書中編寫的變截面錐管??局部阻力公式，對矩形截面微喉道結(jié)構(gòu)分析得到了??進(jìn)出口局部阻力損失系數(shù)。??卜（去）］＋Ｍ１－?（￡＞］?（５）??其中

０．００?０．０１??０．０２?０．０３?０．０４??ｇ／（ｍＬ／ｓ）??０．０５?０．０６??１００??流量的關(guān)系如圖５所示，其中，圖５（ａ）和圖５（ｂ）中??的實驗數(shù)據(jù)分別表示的是去離子水和含油率為１０％??的水包油兩相流體流經(jīng)３組微喉道結(jié)構(gòu)時局部阻力??損失與流量的關(guān)系，圖５（ｃ）中的實驗數(shù)據(jù)表示的是??通道＃３上的微喉道結(jié)構(gòu)在不同含油率下的局部阻??力損失與流量的關(guān)系。從實驗數(shù)據(jù)可以看出，微喉??道結(jié)構(gòu)的局部阻力損失與流量呈非線性關(guān)系；對于??３實驗結(jié)果與分析??圖４（ａ）和圖４（ｂ）分別表示的是去離子水和含??油率為１０％的水包油兩相流體在４條通道流動時壓??差與流量的關(guān)系，從圖中可以看出通道＃４的壓差??與流量在不同含油率下均成很好的線性關(guān)系，而通??道＃１、＃２、＃３的壓差與流董不再呈直線關(guān)系，而??是壓差隨流量的增大而增大的越來越快，而且對于??具有喉道的通道，其壓差在同流量下比直通道壓差??大得多，這表明微喉道結(jié)構(gòu)的局部阻力損失占通道??總阻力損失的份額比較大。對通道＃４壓差與流量??關(guān)系的實驗值進(jìn)行線性擬合，得到壓差關(guān)于流量的??一次函數(shù)，其相關(guān)系數(shù)大于０．９９，具有較好的相關(guān)??性。４條通道的孔道部分深度和寬度均相同，且微喉??道結(jié)構(gòu)的長度與通道總長度之比小于２％，所以同流??量下可以認(rèn)為通道＃１、＃２、＃３的壓差減去通道＃４??的壓差即是前３條通道上的微喉道結(jié)構(gòu)的局部阻力??損失。??Ｆｉｇ．?４??由上述方法得到的微喉道結(jié)構(gòu)局部阻力損失與??０．００?０．０１?０．０２?０．０３?０．０４?０．０５?０．０６?０．０７?０．０８?０．０９?０．１０??ｅ／（ｍＬ／ｓ）?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]變截面微石英管內(nèi)流動特性分析[J]. 張承武,管寧,劉志剛,梁世強.  工程熱物理學(xué)報. 2008(10)

博士論文
[1]微細(xì)通道內(nèi)單相和兩相阻力損失特性的研究[D]. 李卓.北京工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3576883