微通道中流動(dòng)特性的大渦模擬.pdf

1、隨著微加工技術(shù)的不斷發(fā)展，微通道的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛了。由于其體積比表面積大，傳質(zhì)傳熱速率快，反應(yīng)時(shí)間短，放大容易等優(yōu)點(diǎn)，微通道裝置尤其在混合、換熱、危險(xiǎn)反應(yīng)和生物檢測(cè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是由于其時(shí)空尺度的縮小，使得傳統(tǒng)理論的正確性和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性受到了質(zhì)疑。這促使我們對(duì)微通道內(nèi)流動(dòng)特性進(jìn)行研究，以推動(dòng)微通道技術(shù)的發(fā)展。 隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本論文應(yīng)用大渦模擬的方法研究了微通道

2、內(nèi)的液體流動(dòng)、氣液兩相流動(dòng)和液液兩相流動(dòng)。 對(duì)于水力直徑237μm的梯形通道內(nèi)的液體(水)流動(dòng)，通過(guò)計(jì)算獲得了通道內(nèi)的流場(chǎng)以及流動(dòng)的實(shí)時(shí)演化過(guò)程，對(duì)速度的預(yù)測(cè)與PIV的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。在通道入口段，壓力梯度較大，渦量較大，而湍動(dòng)強(qiáng)度較低；隨著流動(dòng)的發(fā)展，壓力梯度逐漸趨于穩(wěn)定，湍動(dòng)強(qiáng)度趨于均一。 對(duì)于直徑400μm的圓形微通道內(nèi)的氣-液(空氣-水)兩相流動(dòng)，采用VOF模型計(jì)算得到了不同條件下的壓降、速度與湍動(dòng)強(qiáng)度、渦量與

3、剪切力以及氣泡分布與相應(yīng)的流型。速度呈中心對(duì)稱分布；湍動(dòng)強(qiáng)度呈馬鞍形分布，且隨表觀速度的增加而增大；渦量和剪切力呈錐形分布，同樣隨表觀速度的增加而增大。氣泡主要分布在通道中心位置，它的存在降低了湍動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)渦量和剪切力也有一定的影響。 對(duì)于互不相溶的液液兩相流動(dòng)(邊長(zhǎng)200μm的正方形通道)，分別采用了在通道壁面增加浮雕結(jié)構(gòu)或是帶有彎曲段的通道來(lái)增大液液兩相的接觸面積。通過(guò)模擬計(jì)算考察了浮雕結(jié)構(gòu)和彎曲對(duì)流動(dòng)及相分布的影響，以及浮