Y型微通道两相流内部流动特性

利用显微粒子图像测速技术、高速度数码显微系统及数值模拟方法研究了Y型微通道内液滴的形成.主要考虑了Y型角度(45°,90°,135°,180°)、两相流量大小等因素的影响.发现在挤压机制中,Y型微通道内分散相液滴的形成主要受到来自连续相的剪切作用,Y型角度越小,分散相所受到的剪切作用越大.在液滴生成过程中,连续相速度剖面呈非对称抛物线型分布.当Y型角度小于180°时,角度的变化对液滴直径大小影响较小,但角度的减小会加快液滴的生成时间.当Y型角度为180°时,生成的液滴体积最大且生成时间最长.毛细数对液滴直径和生成时间的变化同时产生影响,连续相毛细数的增大使得连续相在两相交汇位置处对分散相的作用力更集中,导致分散相更易破裂.

Y型微通道中两相界面特性变化分析

利用追踪运动界面的两相流模型数值研究对流Y型微通道中两相界面形貌变化特性。发现对流Y型微通道Y型角度、连续相毛细数、两相流量对液滴生成时间、速度、大小有重要影响。其中连续相毛细数与Y型角度越小,所生成的液滴体积越大,而随着分散相与连续相流量比例的增大,其对液滴体积的影响变小,但流量比不能无限增大或减小,当比值大于0.5或小于0.05时,此时分散相只能以液柱或液丝的形式出现,无法产生液滴;当分散相流量越大,相应液滴的生成速度也几乎成比例增大,且分散相流量的变化对液滴长度的演变过程有更大的影响。此外随Y型角度的增加,液滴在形成过程中,填充时间变长,缩颈时间变短,液滴脱离机理主要是因为来自连续相正应力的作用。

采用Y型微通道反应器强化萃取水相中的铒

采用Y型微通道萃取技术萃取水溶液中的稀土铒,考察了Y型微通道尺寸、有机相浓度、皂化度、有机相中铒预负载量、水相初始pH值和水相初始铒浓度等因素对稀土铒萃取率的影响。结果表明,微通道尺寸对铒萃取率有重要影响,管径越长,萃取率越高;管径越小,萃取率越高。微通道长度50 cm、直径0.6 mm、停留时间为2.12 s时,铒萃取率高达99.39%。随着有机相中P507浓度的增加,水相中铒萃取率增加。随着有机相中铒负载量的增加,水相中铒萃取率降低。随着有机相中P507皂化度的增加,铒萃取率先增加后降低,皂化度为5%时,萃取率最大。原因是皂化度大于5%时,有机相理化性质的变化会导致有机薄膜失稳乳化,降低了萃取效率。随水相初始pH值和初始铒浓度的增加,铒的萃取率均减小。研究结果可为Y型微通道萃取技术在低浓度重稀土萃取上的应用提供理论基础和技术依据。

Y型微通道内纳米颗粒稳定气泡的完全阻塞破裂动力学

研究了Y型微通道吸附型纳米颗粒稳定气泡的完全阻塞破裂的动力学,破裂过程可划分为挤压阶段和快速夹断阶段,两阶段内无量纲气泡最小颈部宽度与时间均呈幂率关系。气泡破裂过程的颈部动力学表明颗粒的存在并不影响两阶段转变的临界颈部宽度,但吸附在气泡表面的颗粒层会减弱挤压阶段中连续相对气泡颈部的挤压作用,以及快速夹断阶段角区中连续相液体回流对气泡的挤压作用,进而阻碍气泡颈部的形变,延长了气泡的破裂过程。纳米颗粒稳定的气泡的指前因子m及幂率指数α均小于常规气泡,但其差值随着毛细管数Ca和气泡长度l_(0)的增大而减小,颗粒对气泡破裂过程的影响逐渐减弱。此外,纳米颗粒稳定的气泡的头部曲率略小于常规气泡,颗粒对完全阻塞破裂过程气泡头部动力学的影响可以忽略。

Y型微通道中压力驱动幂律流的流动分离

基于Poisson-Boltzmann方程、修正的Cauchy动量方程和流体连续性方程,对压力驱动下的幂律流在Y型微通道中的流动过程进行了数值模拟。分析了不同的幂律指数、压强差下双电层电场、速度场的分布,以及双电层对速度场的影响。计算结果表明:(1)在Y型微通道的某些位置会发生流动分离(回流);(2)发生回流时的临界压强差和分叉角关系曲线表明:增大分叉角或降低幂律指数可使临界压强差下降;(3)幂律指数越小,双电层影响越明显;(4)增大压强差、降低幂律指数和增大分叉角度,均可使回流区域变大。

Y型微通道内CO/O_2混合过程的DSMC模拟

研究微通道中的气体混合对于微尺度下非预混燃烧的探索具有重要意义.利用直接模拟蒙特卡罗法,采用变径软球模型,数值模拟了高度为1,μm的Y型微通道内CO和O2两种气体的混合过程.结果表明,气体混合过程主要发生在Y型微通道接合区;混合长度会随壁面温度的升高而减小,随入流速度的增大而增长;当支通道夹角较大时,夹角的变化对混合过程影响较小,而当支通道夹角较小时,混合效率将随夹角的减小而明显增强.

Y型微通道内聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米分散体的制备

采用Y型微通道,通过反溶剂沉淀法研究了聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)透明纳米分散体的制备过程。实验考察了在丙酮-水体系条件下,PLGA丙酮溶液浓度、总流量、反溶剂流量、溶剂流量和温度等对PLGA纳米分散体颗粒粒径和分布的影响。研究结果表明:固定溶剂与反溶剂流量比为1∶20,随着总流量从21 mL/min增大到63 mL/min时,颗粒粒径从178 nm减小到91 nm,而继续增大总流量到84 mL/min,粒径增大到106 nm;随着反溶剂流量从2 mL/min增大到16 mL/min,颗粒粒径从115 nm增大到141 nm;此外,随着反溶剂流量和PLGA溶液浓度的增大,颗粒粒径呈先减小后增大的趋势;而随着体系温度的下降,粒径显著减小。

Y型微通道内双重乳液流动破裂机理

基于体积分数法建立了Y型微通道中双重乳液流动非稳态理论模型,数值模拟研究了Y型微通道内双重乳液破裂情况,详细分析了双重乳液流经Y型微通道时的流场信息以及双重乳液形变参数演化特性,定量地给出了双重乳液流动破裂的驱动以及阻碍作用,揭示了双重乳液破裂流型的内在机理.研究结果表明:流经Y型微通道时,双重乳液受上游压力驱动产生形变,形变过程中乳液两端界面张力差阻碍双重乳液形变破裂,两者正相关;隧道的出现将减缓双重乳液外液滴颈部收缩速率以及沿流向拉伸的速率,并减缓了内液滴沿流向拉伸的速率,其对于内液滴颈部收缩速率影响不大;隧道破裂和不破裂工况临界线可以采用幂律关系式l~*=βCa^b进行预测,隧道破裂和阻塞破裂工况临界线可以采用线性关系l~*=α描述;与单乳液运动相图相比,双重乳液运动相图各工况的分界线关系式系数α和β均相应增大.

Y型微通道内气泡生成过程及行为研究

为了详细研究在挤压机制和剪切机制作用下,气液两相流在Y型微通道内的流动过程,文中利用数值模拟的方法,采用VOF模型对二维Y型微通道内气泡断裂进行了模拟。模拟结果表明:随着连续相速度的增加,液柱长度和气泡的生成周期逐渐减小;气泡的破裂受到压差和涡流的共同作用;在低连续相速度下,气泡的断裂主要受到挤压机制作用,在高连续相速度下,气泡断裂受到剪切机制的影响。这为进一步优化微流控系统和微通道换热器提供了理论基础。

Y型微通道内气泡非对称破裂行为的数值研究

基于微通道两相流的微流控技术已得到广泛的应用,精确控制通道中气泡或液滴的尺寸对相关微流控系统的设计起到至关重要的作用.本文基于流体体积法重构Y型微通道内的气泡破裂行为,系统研究了气泡无量纲尺寸(1.2—2.7)、出口流量比(1—4)以及主通道雷诺数(100—600)对气泡破裂行为的影响.发现气泡非对称破裂过程分为3个阶段:延伸阶段、挤压阶段和快速破裂阶段.在气泡初始尺寸较小或出口流量较大的情况下,气泡不破裂,只经历延伸阶段和挤压阶段.进一步针对不同尺寸和出口流量比揭示了气泡的4种破裂模式:隧道-隧道破裂、阻塞-阻塞破裂、隧道-阻塞破裂和不破裂.随着出口流量比的增大,气泡的破裂过程逐渐变为非对称破裂,其破裂模式沿隧道-隧道破裂/阻塞-阻塞破裂、逐渐向隧道-阻塞破裂和不破裂方向转变.在此基础上获得了不同雷诺数和初始气泡尺寸下,气泡破裂的临界流量比以及气泡破裂后子气泡体积比随出口流量比的变化规律并提炼了相应的准则关联式,可为精确调控破裂后子气泡的尺寸提供理论指导.

对称Y型微通道内气泡流动研究

利用泡沫驱油时,气泡会流经地层内复杂的通道结构,而Y型结构是一种常见的通道结构。为了研究气泡驱油机理,本文利用可视化微流控实验系统和开源CFD平台OpenFOAM研究了对称Y型微通道内气液两相流动机制以及影响因素,实验观察到两种流型:气泡发生破裂和不发生破裂。研究表明,气泡能否发生破裂取决于气泡的自身速度和长度,转变的经验公式符合幂律关系。数值模拟表明气泡的破裂会引起涡流,强化对壁面的冲刷。同时,讨论了利用气泡对驱油效果的影响,为实际的开发提供一定的参考价值。

微通道反应器内纳米头孢呋辛酯制备工艺优化

在Y型微通道反应器中，采用反溶剂沉淀法制备头孢呋辛酯纳米颗粒。通过正交实验，系统研究药物溶液质量浓度、沉淀温度、溶剂流量和反溶剂流量等因素对产物粒径的影响。得到的适宜制备工艺条件为：药物溶液质量浓度0．08g／mL、沉淀温度5℃、溶剂流量3mL／min，以及反溶剂流量80mL／min，制备出了粒径为260—340nm，且粒径分布窄的纳米颗粒。实验还进一步利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱分析和体外溶出实验对原料药及产品性质进行表征，结果表明：微粉化产品为无定形，溶出度明显优于原料药。

微反应器结合水热法制备羟基磷灰石纳米粉体

采用Y型微通道反应器与水热法相结合的工艺路线,制备了羟基磷灰石(HAP)纳米粉体,并利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析手段对产物进行了表征。在此基础上,考察了反应物浓度、总流量和流量比等因素对HAP纳米粉体制备的影响以及形成机理。结果表明:HAP纳米粉体的颗粒粒径随着反应物浓度和反应物总流量的增加而先减小后增大,随着反应物流量比的增加而增大;其形成机理是利用微反应器的强制微观混合作用促进过饱和度的均匀分布,使化学沉淀反应的中间产物HAP前驱体以尺寸均一、分散性好的无定形磷酸钙二次颗粒聚集体的形式存在,HAP前驱体在水热处理时,通过ACP二次颗粒聚集体的内部重排及ACP粒子的溶解-重结晶的相转变方式,晶化生长为均匀细小的HAP纳米粉体;当Ca(NO3)2溶液和(NH4)2HPO4溶液的摩尔浓度分别为0.1和0.06mol/L、两溶液的流量比为1∶1、反应物总流量为80mL/min时,可制得平均粒径约为85nm、粒度均匀的短棒状HAP纳米粉体。