摘要：微反应器的集成放大对于微化工技术的工业应用具有重要意义。利用高速摄像仪对4个并行微通道内气液两相流动状况及相分配规律进行了研究,考察了气液两相流量及液相黏度对两相分布均匀性的影响。实验所用液相为含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的蒸馏水-甘油溶液,气相为氮气(N2)。实验观察到了6种典型的两相流型。对各支通道均为弹状流情况下气泡长度和气泡速度的分布规律进行了研究。在一定气相流率下,各支通道气泡长度的相对标准偏差随液相流率的增大而增大,气泡速度的相对标准偏差值随液相流率的增大先升高到一定值然后逐渐减小。气相分配不均匀性随液相流率和黏度的增大而增大,液相分配不均匀性随液相黏度的增大而减小,气相流率的变化对于两相分布影响不明显。研究结果有助于并行微通道的结构设计与优化,以实现更为均匀的气液两相流动分配。

摘要：台阶式微通道乳化装置因易于高通量生产均一性的气泡及液滴而受到关注.本文利用高速摄像仪研究了台阶式并行微通道装置空腔内的气泡群复杂行为及其对气泡生成的反馈效应.实验设计的操作变量为气液相进出口位置、气相流速和液相流速.在实验操作范围内,共发现了气泡的单管生成模式和多管生成模式.研究了空腔内气泡群复杂行为随操作条件的变化趋势.发现在受限空间内,气泡在水平面内发生挤压堵塞能够自组装成具有特定几何特点的二维晶格,分别为有序的行三角晶格、有序的竖三角晶格和无序的三角晶格.晶格结构与气相压力密切相关;同时,气泡界面能量随着气相压力的增大而增大.运用介尺度、能量和活化等概念分析了气泡群复杂行为对气泡生成方式的影响,充分阐释了受限空间内气泡群的介尺度效应.以变异系数CV来表示气泡的均匀性特征,考察了气泡晶格自组装行为的控制因素.结果表明:气泡的自组装路径由气泡尺寸及其分布决定,有序的三角晶格变异系数小于5%,无序的三角晶格变异系数大于5%.

摘要：实验测定了低气速下CO2气泡群在牛顿流体、剪切变稀流体及黏弹性流体中的气含率。讨论了流体的流变性、质量分数及表观气速对气含率的影响。结果表明:在3种不同性质的流体中,气含率均随表观气速的增大而增大。同时发现流体性质对气含率具有不同的影响:对于牛顿流体,表观气速较低时,质量分数对气含率影响可忽略;对于非牛顿流体,气含率随着流动指数n的减小而减小,即剪切变稀效应对气含率有负作用,而黏弹性对气含率的影响可忽略。气含率是气液传质过程设计中最重要的参数,因此研究结果为进一步研究CO2气泡群在非牛顿流体中的传质奠定了一定基础。

摘要：微通道内气液两相流空隙率与压力降对微反应器的热质传递性能有显著影响,是微反应器的重要设计参数。采用高速摄像仪和压力测量系统分别对矩形微通道内单乙醇胺水溶液化学吸收CO2过程的空隙率和压力降进行了研究,考察了弹状流下气液两相流量与化学反应速率对空隙率及压力降的影响。结果表明:当液相流量一定时,微通道内空隙率和压力降均随着气相流量的增大而增大,空隙率随化学反应速率的增大而减小,压力降随化学反应速率的增大而增大;当气相流量一定时,随着液相流量和化学反应速率的上升,微通道内空隙率下降,而压力降上升。提出了微通道内伴有化学吸收的空隙率和压力降的半理论预测模型,模型平均误差分别为15.79%和11.12%,显示了良好的预测性能。

摘要：毛细现象在人类的生产生活中广泛存在,它源于微观分子间的相互作用力,其影响又表现在宏观层面。探究微观分子层面毛细作用规律,可用来指导多相流驱替、微流体芯片中的被动运输、微反应器设计等工程实践,具有重要的研究价值。对微通道中毛细填充动力学的研究进展进行了综述,总结了毛细流动在工程中的应用。分析了毛细现象的动力学规律,并对毛细流动的研究进行了展望,可为微通道中流体动力学理论发展及其应用提供参考。

摘要：采用高速摄像仪对聚焦十字型微装置内分散小气泡的生成进行了研究。方形截面微通道的尺寸分别为400μm×400μm和600μm×600μm。氮气为气相,加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)(0～0.5%(wt))的水—甘油(25%(wt),50%(wt),62%(wt))溶液为液相。考察了不同的操作条件如液体流速、黏度和表面张力对气泡生成尺寸的影响。泡状区内生成的气泡尺寸随连续相流体流量和黏度的增大而减小,随表面张力的增大而增大。讨论了气泡的生成机理,提出了一个新的指数模型来描述气泡生成尺寸与局部毛细管数的关系。