微通道中气泡生成的研究

作     者：Zafar Hayat 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：Fu Taotao

授予年度：2019年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：并行微通道 台阶式乳化器 界面 气泡 流体动力学 

摘      要：微化学工程与技术是化学过程强化的重要手段之一。由于其传质性能好、安全性强、并行放大策略等特点,引起了人们的广泛关注。本文利用高速摄像仪对并行微通道和台阶型微通道装置中气泡生成过程、气液两相流的稳定性和均匀性、以及气泡生成的影响机制进行了实验研究。探究了四种不同构型并行微通道中气泡的生成机理。研究了气液两相流量、液体粘度和通道结构对气泡生成的稳定性和均匀性的影响机制。结果表明,随着气相流量、液相流量和液相粘度的增加,气泡生成过程趋于稳定。两并行微通道内气泡长度的均匀性随气相流量、液体粘度的减小、以及液体流量的增大而增强。此外,研究了并行微通道中气泡长度的相对偏差,发现随着液相流量和粘度的增加,气泡长度的相对偏差减小。考虑到气相流量、液相流量和液体粘度的影响因素,提出了四种构型微装置中两并行微通道内气泡生成尺寸的预测模型。探究了台阶式微通道内气泡生成机理。以氮气作为分散相、甘油水溶液为连续相。实验设计了三种台阶式微乳化装置,其步宽尺寸分别为0.4 mm、0.7mm和1 mm。利用气泡颈部宽度作为特征参数,研究了气泡生成过程气液界面的演变规律。结果表明,气泡经历了膨胀阶段和致细破裂阶段。气体细丝颈部宽度随时间先增大,过一段时间后,由于受限空间内气液界面失稳而开始减小。结果表明,气泡体积随气相流量的增大而增大,随着液体流量的增加而减小。本文工作为进一步研究气泡生成放大涉及的并行台阶式微乳化装置中气泡动力学机制奠定了良好的基础。