Экспериментальное исследование газожидкостного течения в микроканалах с различной ориентацией

• Автор: Козулин, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Принятые обозначения
Глава 1. Обзор исследований по режимам и структуре газожидкостного
течения в микроканалах
1.1. Применение двухфазных течений в мнкроканалах
1.2. Классификация труб и каналов по размерам
1.3. Режимы газожидкостного течения в каналах малого размера
1.4. Модели для расчета границ режимов течения в микроканалах
1.4.1. Снарядный режим течения
1.4.2. Вспененный режим течения
1.4.3. Кольцевой режим течения
1.5. Объемное газосодержанис
1.6. Скорость газовых снарядов
1.7. Влияние организации двухфазного потока на распределение длин газовых и жидких перемычек
1.8. Перепад давления
1.8.1. Перепад давления в однофазном потоке
1.8.2. Перепад давления в двухфазном потоке
1.9. Выводы, постановка задач исследования
Глава 2. Экспериментальная установка и методика измерений
2.1. Схема экспериментальной установки для исследования структуры двухфазного потока в мини- и мнкроканалах
2.2. Методика изготовления микроканалов
2.3. Метод двулучевого лазерного сканирования
2.4. Метод лазерно-индуцнрованнон флуоресценции (ЫЕ")
2.5. Организация двухфазного газожидкостного течения
2.6. Оценка погрешностей измерений
Глава 3. Экспериментальное исследование структуры течения в
горизонтальном прямоугольном микроканале
3.1. Экспериментальное исследование структуры течения в горизонтальном прямоугольном мнкроканале с размером существенно меньше капиллярной постоянной
3.1.1. Режимы газожидкостного течения
3.1.2. Зависимость скорости снаряда от приведенной скорости смеси
3.1.3. Статистическая обработка экспериментальных данных
3.1.4. Фурье-спсктр режимов течения
3.1.5. Карта режимов течения
3.1.6. Длина газовой и жидкой перемычки, влияние камеры смешивания на структуру газожидкостного течения
3.1.7. Возможность управления длиной газовой и жидкой перемычки
3.1.8. Перепад давления
3.2. Экспериментальное исследование структуры течения в горизонтальном прямоугольном мнкроканале с размером меньше капиллярной постоянной
3.2.1. Режимы течения
3.2.2. Зависимость скорости снаряда от приведенной скорости смеси
3.2.3. Статистическая обработка экспериментальных данных
3.2.4. Фурье-спектр режимов течения
3.2.5. Карта режимов течения
3.2.6. Длина газовой и жидкой перемычки
3.2.7. Перепад давления

3.3. Обсуждение результатов
Глава 4. Экспериментальное исследование структуры течения в
вертикальном прямоугольном микроканале
4.1. Экспериментальное исследование структуры течения в вертикальном микроканалс с поперечным размером меньше капиллярной постоянной
4.1.1. Режимы течения в вертикальном прямоугольном микроканале с размером меньше капиллярной постоянной
4.1.2. Зависимость скорости снаряда от приведенной скорости смеси
4.1.3. Статистическая обработка экспериментальных данных
4.1.4. Фурье-спектр режимов течения
4.1.5. Карта режимов течения
4.1.6. Изучение волновой структуры толщины пленки в микроканале методом лазерно-индуцированной флуоресценции (LIF)
4.1.7. Перепад давления
4.2. Экспериментальное исследование структуры течения в вертикальном канале с поперечным размером, сопоставимым с капиллярной постоянной
4.2.1. Режимы газожидкостного течения
4.2.2. Зависимость скорости снаряда от приведенной скорости смеси
4.2.3. Статистическая обработка экспериментальных данных
4.2.4. Карта режимов течения
4.3. Обсуждение результатов
Заключение
Основные результаты
Литература

Принятые обозначения
О - диаметр, м.
Ь - длина участка, м.
хьХ2- координаты положения фотодиода, м.
Я-радиус, м,
- ширина канала, м.
Ь - глубина канала, м. в - площадь сечения, м2.
А - поперечное сечение канала, м2.
V - объем, м3.
J - приведенная скорость, м/с.
.1т - приведенная скорость смеси, м/с. и - скорость, м/с.
в - полный массовый расход, кг/м2с. g - ускорение свободного падения, м/с2.
Р - давление, Па.
Я - газовая постоянная, Дж^моль-К).
Т - температура, К.
Безразмерные комплексы
Со - параметр распределения скорости, х - массовое газосодержание.
2 т
/ = —— фактор Фаннинга (коэффициент гидравлического сопротивления). Р^т
Яе = - число Рейнольдса.

С а = -— - капиллярное число
Же = ^ ^ - число Вебера, ег

Мо = (Л число Мортона.
Р а
В работе развили корреляцию для кольцевого режима течения, которая дается выражениями

~f =<ра,

J ga
-Рц,
<рт = ехр(-0.0083Л3 -0.047Л2 -0.0028Л + 0.1661),
(87)

Х +

Є“
0
V rgas у
Перепад давления в прямоугольной щели для фреона Я-ИЗ с гидравлическим диаметром 0.140-0.438 исследовался в работе Мопуата К. ег. а1. [126] (для гидравлического диаметра с микронными размерами).

< = 1+лтг>где км
0.9Rе°3 Re, >1
4 , если п 4 , „ .
1 Re;,?<1
(88)
В работе Garcia F. et. al. [127] построена база данных по перепаду давления в горизонтальных каналах. База данных содержит около двух тысяч точек, по утверждению авторов, это самая большая база данных, опубликованная в литературе, она содержит широкий круг условий и свойств жидкости для двухфазного перепада давления. Были проанализированы ламинарные и турбулентные режимы течения. Обрабатывалось огромное число данных из различных источников для газа, жидкости и масла. Было предложено представить фактор трения Фаннинга для ламинарной и турбулентной области в общем виде. В работе представлены корреляции отдельно для стратифицировного, снарядного, кольцевого режима в виде, где коэффициенты варьировались.
f = Fi+ i£z ы 3Fi=ai RC»., F2=a2 Rc"1,
Re t
/ = 0.0925 Re^
13.98ReJ
‘-0.0925 Re"'
(89)

1 +
( Re V293
4 864 Vй972
При исследовании водно-воздушного двухфазного потока в круглых микроканалах было выявлено, что коэффициенты С в корреляции ЛМ со значениями 0.25, 2.0 и 5 хорошо подходят для каналов с гидравлическим диаметром 100 мкм 180 мкм и 324 мкм