突扩微通道内气泡/液滴的流动行为及聚并特性

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微通道内具有高度单分散性的微气泡/液滴在复合泡沫、原子晶体、粒子制备等领域受到了普遍关注。本文利用高速摄像仪对突扩微通道内气泡/液滴的流动行为及聚并特性进行了探究。主要内容如下:研究了T型微通道突扩结构中气泡的流动及聚并行为,观察到了四种稳定流型:两层气泡聚并、汉堡-两层气泡聚并、汉堡聚并和汉堡不聚并。随着气速的增大,流型由两层气泡聚并逐渐转变为汉堡-两层气泡聚并、汉堡聚并和汉堡不聚并。液膜排干时间随气泡长度的增加而增加。随着气泡长度和气泡速度的增加,气泡聚并位置后移,而随着液弹长度的增加,气泡聚并位置向入口靠近。提出了气泡聚并位置的预测方程,具有较好的预测效果。为了精确调控微液滴的聚并,对突扩微通道中液滴的流动和聚并行为进行了可视化研究。观察到了六种流型:单层液滴不聚并、双层液滴不聚并、三层液滴不聚并、单层液滴聚并、双层液滴聚并和三层液滴聚并。考察了两相流量、分散相黏度以及突扩通道宽度对液滴聚并率的影响。在连续相流量一定时,随着分散相流量和突扩结构宽度的增大,以及分散相黏度的减小,液滴的聚并率逐渐增大。研究了T型汇聚/突扩通道内液滴的流动及聚并特性。观察到了四种聚并类型:滑移聚并、碰撞聚并、挤压聚并和不聚并(包括不接触、滑移不聚并和挤压不聚并)。分别考察了两相流量以及分散相黏度对聚并类型的影响。研究发现,分散相流量的减小,连续相流量和分散相黏度的增大可减少突扩结构中液滴的聚并。研究了不同聚并类型下液滴的液膜排干时间,随着分散相流量的增大、分散相黏度和连续相流量的减小,液膜排干时间相应减小。
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