毛细管内气液Taylor流动的气泡及阻力特性

采用相对坐标系方法,研究毛细管(d=2mm)内充分发展垂直上升气液Taylor流动,分析两种工作介质下Taylor气泡的形状、上升速度、液膜厚度以及压降特性。结果表明:随着两相表观速度(Vtp)增大,Taylor气泡长度增大,气泡尾部曲率半径增大。气泡长度及内部回流区随着气泡体积分数(ξg)增大而增大,量纲1液膜厚度与气泡上升速度与毛细数(Ca)正相关,模拟结果与经验公式吻合较好。摩擦阻力因子(fc)随Vtp与ξg的增大而降低,N2/乙二醇为工质的Taylor流动fc低于单相情况,而N2/水为工质的Taylor流动fc高于单相情况。Kreutzer等的流型依赖公式以及Lockhart等的分离模型可较好预测本文的两相压降,模拟结果与预测值的误差在±10%以内,常规通道所推荐C=5仍然适用于本文毛细管情况。

0.5mm毛细管内气-液Taylor流动换热数值研究

采用移动计算域方法研究0.5mm毛细管内充分发展的气液Taylor流动换热特性,分析了Taylor气泡的形状、压降与换热特性。结果表明,随着入口Reynolds数Re的增大,气泡尾部的不稳定区域增大,液膜厚度逐渐增大,气泡长度变长;随着气泡体积分数ξg的增大,气泡形状基本不变而长度逐渐增大。阻力因子f随Re、ξg增大而降低,两相阻力系数高于单相的情况。平均Nusselt数Nutp随Re增大而增大,增大趋势逐渐降低;随ξg增大而线性降低。Taylor流的Nutp为单相的1.23倍,强化换热效果。