流动聚焦微气泡流型分布及控制参数实验

介绍了一种基于毛细管流动聚焦方法制备微纳米量级气泡的流动聚焦微流控芯片.以水和空气为工质,在一定的压力和流量下,利用高速摄影技术研究微气泡的尺寸、发生频率和形成过程.分析了表面张力、气体压力、液体流量等参数对微气泡直径和发生频率的影响.实验结果表明,该微流控芯片可以稳定产生直径微米量级的微气泡,操作简单,在微反应器和生物、医药等领域有良好的应用前景.

微型自吸氧直接甲醇燃料电池的阳极极板设计研究

在体积微型化条件下,极板流场图形的设计对燃料电池的性能优化,尤其是提高面积比功率,具有极其重要的意义.本文设计了不同沟道和沟脊宽度的阳极极板,测试了相应微型自吸氧燃料电池的性能变化.实验结果表明,在沟脊宽度小于沟道宽度的条件下,增加沟道或沟脊宽度都能改善微型燃料电池的性能,但改善幅度随宽度增加而趋缓.当沟道和沟脊宽度等比例变化时,性能随宽度的增加的最优值为600μm,其性能达到了2.87mW/cm2,优于沟道和沟脊均为400μm和800μm的燃料电池的性能.

脉动热管内微尺度两相流的电容层析成像测量

利用电容层析成像方法,实现脉动热管内微尺度两相流的可视化监测及液膜厚度的测量。优化设计的微型传感器也可作为流动管道,具有和测量管道基本相同的传热和流动特性。相比普通电容层析成像传感器,其测量精度和空间分辨率都有一定提高,从而拓宽了电容层析成像技术的应用范围。实验结果表明:不同工作条件下,脉动热管存在塞状流、环状流以及混合流3种不同的流型;液膜厚度测量结果与实际相符,通过其变化趋势可以实现流型的识别。

利用红外温度测量方式预测微管内流动沸腾流型

本文利用红外热成像仪对不锈钢微管内水的流动沸腾的壁面瞬态温度场进行了测量。结果表明,相比传统的热电偶测量方式,在微尺度实验中采用红外温度测量瞬态温度场具有更高的可靠性。利用红外温度测量的显示特点,预测不锈钢微管内流动沸腾的流型变化情况,在本文的实验条件下,不锈钢微管内水的流动沸腾流型变化基本上是以单相流、汽塞流和环状流的交替产生为主。

基于速度滑移的气膜流态建模与CFX仿真分析

为了研究空气静压导轨微小间隙中的气膜流态,以提高数控机床的加工精度,通过将速度滑移计算方法及边界条件引入Navier-Stokes方程,推导出适合可压缩气体在微尺度条件下的雷诺方程;利用流体仿真软件CFX对微尺度下湍流状态的气膜流态进行仿真分析;通过改变节流孔直径和气膜厚度分析气膜内压强分布的变化。结果表明,当节流孔直径和气膜厚度在一定范围内变化时,压强由最大值趋于环境压强过程中呈现波动变化趋势;当节流孔直径过大时,气膜内压强不稳定,容易产生气膜波动现象,对机床的加工精度造成影响;当气膜厚度过大时,气膜内压强会出现突变,对气膜支撑力的稳定性影响很大。

弯曲正方形截面微通道内气液两相流流型研究

以空气-水为工质,在不同曲率比下利用高速摄影仪对正方形截面为0.8mm×0.8mm的弯曲微通道进行了气液两相流流动特性实验研究,获得了典型流型毛细泡状流、弹状流、间歇流和环状流,发现了非典型毛细泡状流和少见的波状分层流,并将实验结果与相关文献进行对比,为合理设计微型换热器和微化工混合器的气液流动分布结构、保证微通道内优异的传热传质特性提供理论指导和技术支撑。

硅基微通道中周期性沸腾的光学可视化

以丙酮为工质,在三角形截面的硅基微通道内进行了微尺度沸腾传热实验研究。在对汽液两相流流型进行光学可视化测量的同时,对压力、温度等信号进行了同步动态测量。发现了周期在毫秒级的微时间尺度的周期性沸腾传热。1个完整的周期可以分成3个子过程:进液阶段,汽泡核化、增长、聚合及爆炸阶段,瞬变液膜蒸发阶段。总结出1个完整周期内所存在的4种汽液两相流流型。鉴别出了沸腾起始点。分析了沸腾传热系数随干度的变化关系,结果表明在本实验工况下:当干度小于0.4时,起主导作用的传热机制为核态沸腾;而当干度大于0.4时,起主导作用的传热机制为强制对流沸腾。

微细通道内液氮流动沸腾的流型特性

采用高速摄像,得到内径为1.931mm、1.042mm、0.531mm的竖直上升圆管内液氮流动沸腾的主要流型为泡状流、弹状流、搅拌流和环状流;并且在1.042mm、0.531mm管内发现受限气泡流。并绘制流型图,分析表面张力,压力和管径对流型转变的影响。表面张力是影响流型转变的重要物性参数,相对于空气—水的流型图,对应的弹状流/搅拌流,搅拌流/环状流流型转变线向较低的气体表观速度方向移动;而泡状流/弹状流的转变线向较高的气体表观速度方向移动。压力越高,相应的流型转变曲线向较低的气体表观速度方向移动。管径对流型转变有重要影响,随着管径的减小,相应的流型转变线向较低的气体表观速度方向移动。试验结果与通用的流型转变理论模型作比较,发现理论模型的预测结果与试验结果相差较大。

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。

新型微通道反应器内非均相体系混合效果研究

在氯苯-水非均相体系下,以醋酸为相间传质因子,雷诺数Re、毛细数Ca、韦伯数Wb、传质效率E和总体积传质系数K La为评价准数,考察了康宁G1微通道反应器内液-液两相流体流型以及流速对液液非均相体系传质效率的影响。结果表明:在不同流体流速变化区间内,在直行通道中特定的条件下可以形成稳定的子弹流、子弹单滴混合流、三相并行流等流型,而在心型通道中一直以湍流的形式存在,随着流速的增大及流型的转变,相界面传质面积不断扩大,提高了混合过程的总体积传质系数和传质效率。

微小间隙内油气两相泄漏的试验研究

对微小间隙内油气两相泄漏特性的研究是计算喷油压缩机压缩腔内气体泄漏量的基础。搭建了微小间隙内油气两相流动特性试验研究装置，通过改变泄漏间隙和泄漏压力差／压力比及油气体积比，借助高速摄影获得了微小间隙内油气两相流动的流型，并与眈数预测的流型进行了比较；对不同工况下的泄漏量进行了测量，并拟合了关联式。研究结果表明：应用耽数预测的流型与高速摄影观察到的流型是一致的；试验获得的临界压力比范围在1．8～2．3，临界压力比之前，两相流的流型为块状流，气体泄漏量随压力比增大迅速增大，临界压力比之后，流型主要为环状流，气体泄漏量随压力比变化缓慢；油气体积比对气体泄漏量影响很大，油气体积比增加0．5％，气体泄漏量可以减少77％；用多项式拟合的油气两相泄漏量与压力差、间隙值之间的关联式，在试验工况范围内，相对误差在2．1％以内，可用于喷油压缩机泄漏量计算模型。

T型微通道内两相流流型及相分离特性

以氮气和水为工作流体,在矩形截面为100μm×800μm的T型微通道内进行了气液两相流可视化实验,观测到弹状流、弹状-液环流、环状流、分层流和搅拌流,得到了流型图和流型转换界限。通过对比对弹状流、环状流和分层流相分离实验结果,证明在T型微通道内气液两相流相分离特性受上游流型影响。上游流型为弹状流时,气体优先从侧支管采出;上游流型为环状流时,液体优先从侧支管采出;上游流型为分层流时,气体只从其中一条支管中采出。当流型一定时,液相采出分率随着入口液体速率增加而减小,而气体速率变化对液相采出分率影响不大。

微管内流动沸腾流型的可视化研究

本文设计了一套针对微圆管内流动沸腾现象进行实验研究的实验台,并对微圆管内流动沸腾的流型变化及分布进行了可视化实验研究。在一定质量流率、进口温度情况下,利用高速摄影仪对均匀受热的内径为530μm的水平布置的石英玻璃毛细管内水的流动沸腾流型进行拍摄,得到了相应条件下微管内的相变流型分布图。

流动腔底面上内皮细胞图型化方法的初步研究

目的体外模拟动脉粥样硬化好发部位复杂的血液流动状态,在流动腔底部形成微图型化的细胞,以获取单个细胞或确定点上细胞群的信息。方法利用软刻法制作带后向台阶的PDMS流动腔和PDMS印章,再通过微接触压印在流动腔底部形成图型化的纤粘蛋白结构,细胞选择性生长在有蛋白的表面上。结果获得了1个光学性能良好并能模拟体内特殊流形的流动腔及各种尺寸大小的印章,在腔底形成了纤粘蛋白图型和细胞小岛。结论该加工方法快速、简便,制作的PDMS流动腔可进一步用于体外细胞力学行为的实时研究。

等截面和变截面通道硅基微型脉动热管传热特性比较

为了解截面结构对微型脉动热管传热性能和内部工质流动特征的影响,采用可视化和温度测量的方法对比研究了等截面和变截面硅基微型脉动热管内的工质运动和传热特性。实验工质为R141b,充液率为40%～60%。实验结果发现,变截面通道结构的设计不仅有利于降低微型脉动热管的热阻,提高其传热能力,同时可有效改善其启动性能。随着充液率的增大,该优势更加明显,当充液率约60%时变截面微型脉动热管的启动功率和启动蒸发段平均温度比等截面热管分别下降约0.4 W和17.3℃。另外,因变截面结构而形成的附加毛细作用可使微型脉动热管内工质发生短暂定向运动,而在等截面热管中则未观察到上述现象。

微/小通道内沸腾换热研究综述

微 /小通道紧凑式蒸发器的应用越来越广泛 ,对其换热特性的深刻认识和进一步研究已成为当前亟待解决的课题 ,而目前涉及微 /小尺度通道内沸腾换热特性和流动方面的研究尚处于起步阶段。本文介绍了近年来国内外微 /小通道内沸腾换热方面的研究状况 ,并指出了该研究领域有待于深入开展研究的内容。

水平与垂直流动对微电铸镀层均匀性的影响

利用有限元分析软件FLUENT对微电铸镀层均匀性进行了分析。对当物质传递成为金属沉积的控制步骤时,进行铸层均匀性的数值模拟,研究不同流动方式对均匀性的影响。模拟结果表明:当物质传递成为控制步骤时,增强对流—扩散虽然有利于物质传输,但均匀搅拌更有利于镀层均匀性;垂直流动相对于水平流动因离子到达阴极表面各处的传质阻力相同,故能有效改善镀层形貌的均匀性。

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。

T型微通道液滴/气泡生成时间和大小的研究现状

利用微流体机械可以生成更均匀、大小可调的微液滴/气泡。文中分析了T型微通道生成微液滴/气泡的典型流型以及过程中的主要受力、微液滴形成/破碎过程的典型阶段以及相关的影响因素,总结了现有的利用力平衡方法预测微液滴/气泡大小的关系式,为有效控制T型微通道内微液滴/气泡的生成时间以及最终的体积,形成一种稳定的多相流流动提供了参考。

微通道内气液两相流型的数值模拟

为了解微通道内气液两相流型对换热器热质传递的影响,建立了微通道内气液两相流型的数值模型。本文对微通道内气液两相波纹流、环状流和弹状流进行模拟,采用VOF界面追踪方法来描述气液相界面,并考虑了表面张力和重力的影响,并建立了预测微通道内气液两相流型的数值模型。通过与已有文献中的实验数据对比,验证了模型的可靠性。