【摘 要】
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近年来,随着微型化、智能化设备的不断发展,微化工技术已受到学者和企业界的广泛关注。与常规管道相比,微通道反应器内的气液两相流动更加复杂多变,而现有的检测技术在微尺度测量上存在一些局限性,导致结果存在差异。因此,亟需新的测量技术来准确获取微通道内气液两相流动特性。本文采用电阻层析成像技术(ERT技术)在内径为1mm的圆形微通道内进行了空气-水、甘油水溶液-空气与乙醇水溶液-空气两相流的流动特性研究,
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近年来,随着微型化、智能化设备的不断发展,微化工技术已受到学者和企业界的广泛关注。与常规管道相比,微通道反应器内的气液两相流动更加复杂多变,而现有的检测技术在微尺度测量上存在一些局限性,导致结果存在差异。因此,亟需新的测量技术来准确获取微通道内气液两相流动特性。本文采用电阻层析成像技术(ERT技术)在内径为1mm的圆形微通道内进行了空气-水、甘油水溶液-空气与乙醇水溶液-空气两相流的流动特性研究,考察了液体性质(表面张力和粘度)与气\液表观速度对流型、气含率、摩擦压力降的影响。并将ERT技术得到的气含率、经特征提取方法得到的流型信息与高速摄像法测量结果、文献中经典模型和关联式进行了对比分析。在空气-水两相流体系中,观测到了泡状流、帽状流、子弹流、长子弹流、不稳定的子弹流五种流型,与Zhang、Mishima和Ishii中的文献值具有较好的一致性,ERT技术通过特征提取的方法辨识流型的准确率为90.8%。在此基础上,提出了不同流型下的气泡生成机制。同时,ERT技术还可呈现微通道内气-液两相流的3D流动情况,经分析获得体系气含率,其值与Mishima和Hibiki关联式计算值能够较好吻合,但略低于高速摄像机技术结果,平均误差为8.7%,验证了ERT技术的准确性。随着液体粘度的增加和表面张力的减小,除上述流型外,还观测到了当量直径较小的泡状流与子弹-泡状流,ERT技术通过特征提取的方法辨识流型的平均准确率大于84%。研究表明,液体表面张力对流型转换线影响较大,且随着表面张力的减小,流型转换越会提前发生,而粘度对流型转换线无明显影响。同时,体系中气含率会有不同程度的下降。通过对比高速摄像机技术与ERT技术的结果,发现了甘油水溶液(5-25wt%)-空气体系的整体平均相对误差为15.19%,乙醇水溶液(5-25wt%)-空气体系的整体平均相对误差为22.75%。并根据实验数据,提出了在实验范围内的气含率关联式。此外,摩擦压力降梯度会随表观气速、表观液速及液体粘度的增加而增加,随液体表面张力的减小而增加,与文献值具有良好一致性,验证了微通道内数据的可靠性。这些研究结果为微通道内气液两相流动特性提供了一种新的测试手段。
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