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微通道内不对称 Y 型分岔口处气泡 / 液滴破裂行为的研究

微通道内不对称 Y 型分岔口处气泡 / 液滴破裂行为的研究. 报告人：杨丽霞 指导教师：马友光研究员. 主要内容. 1st. 选题背景及意义. 2nd. 研究内容. 3rd. 课题进展安排. 1 、选题背景及意义. 微反应. 微分离. 微混合.

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微通道内不对称 Y 型分岔口处气泡 / 液滴破裂行为的研究

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Presentation Transcript

  1. 微通道内不对称Y型分岔口处气泡/液滴破裂行为的研究微通道内不对称Y型分岔口处气泡/液滴破裂行为的研究 报告人：杨丽霞 指导教师：马友光研究员

  2. 主要内容 1st 选题背景及意义 2nd 研究内容 3rd • 课题进展安排

  3. 1、选题背景及意义 • 微反应 • 微分离 • 微混合 计算机芯片的发明使得计算机的小型化得以实现，因此而带来的计算机革命推动了20世纪后半叶科学与技术的迅猛发展。计算机微型化带来的巨大成功引发了“微型化”热潮。特别是20世纪90年代以来，“微型化”这一概念被越来越多的科学家和工程师们提及。与此同时，随着微分析系统、微电子系统、微流体、微系统、芯片实验室等概念的提出和发展，微化工技术逐渐成为化工领域的研究热点。 • 微化工 • 微乳化 • 微换热 • 其他

  4. 1、选题背景及意义 微反应的主要优缺点

  5. 1、选题背景及意义 微流动 微化工设备 基础 重要组成 基础 气液两相流 微通道 多相流 液液两相流

  6. 1、选题背景及意义 微尺度流动在微机电系统（MEMS）、计算机、生物、医疗、航空航天、通讯和国防上的巨大应用前景，使得微尺度流动的研究将进入一个崭新的阶段，现代药物设计合成、药物输送和诊断学也正在快速推进。

  7. 1、选题背景及意义 1、分层流在大多数微过程中没有出 现； 微通道内气液/液液两相流的特征 2、不能用宏观管道内的流型判别式来预测流型； 3、流型的转变受流体流量、粘度、表面张力、驱动方式，气液进口结构和尺寸等因素影响。

  8. 1、选题背景及意义 微流体液滴的作用 1 2 3

  9. 1、选题背景及意义 在实际应用中，如化学工业中的乳化、医药行业，需要有效预测液滴大小的方法。 （1）用两旁路不等长的T型微通道。 不足：V1/V2≈l2/l1，随着两支路流量 比的增大,系统的尺寸也增大。 通过破裂产生大小不一的液滴 （2）用两旁路不等宽的T型微通道。 （3）在微通道中偏离轴中心处设置挡板。 不足：液滴破裂后继续并行运动，需要 额外的分离装置进行分离。

  10. 1、选题背景及意义 Ahmad Bedram and Ali Moosavi, The European Physical Journal E, 2011

  11. 1、选题背景及意义

  12. 1、选题背景及意义 结 论 1 2 3

  13. 1、选题背景及意义 Louis Salkin, Laurent Courbin, et al. 2012, PHYSICAL REVIEW L=200－800μm Ld=150－900μm

  14. 1、选题背景及意义

  15. 1、选题背景及意义

  16. 1、选题背景及意义 模拟多相流最主要的问题就是要找到合适的两相界面的计算方法，目前使用较为广泛的方法有边界积分法（BIM）、锋面跟踪法（FTM）、体积分率法（VOF）和水平集法（LSM）。 优点：排除了实际实验在时间和空间上的限制，而且效果生动逼真，使得研究的周期加快，最主要的是它能实现大量不同参数相互组合计算，快速给出精确的定量或定性的结果，对微流体设备的优化设计具有重大意义。

  17. 1、选题背景及意义 CFD中错误的主要来源 物理模型 循环和 收敛 边界与进口 条件的处理 网格的分辨 率与设计 数值离散 方法

  18. 2、研究内容 （1）30°－45° 三个通道截面均为300x50μm的矩形截面 （2）30°－60° （3）30°－90°

  19. 2、研究内容 加0.5%的SDS （1）、在三种具有不对称Y型分岔口的微通道中，研究气泡在分岔口处的破裂行为。实验和模拟手段。a 、实验部分用高速摄像仪考察液相粘度（采用去离子水、不同浓度的甘油溶液）、气液相流率比在不同角度的通道中对气泡破裂行为的影响。b 、模拟部分用Fluent软件模拟分岔口处气泡破裂过程周围流场的变化，以验证实验结果。

  20. 2、研究内容 （2）、在三种具有不对称Y型分岔口的微通道中，研究液滴在分岔口处的破裂行为。实验和模拟手段。a 、实验部分用高速摄像仪考察不互溶两液相粘度比（采用两种液液体系，一种体系是不同浓度的甘油水溶液为分散相，连续相为十六烷；另一种体系是水为分散相，硅油为连续相）以及两相流率比在不同角度的通道中对液滴破裂行为的影响。b 、模拟部分用Fluent软件模拟分岔口处液滴破裂过程周围流场的变化，以验证实验结果。 （3）、模拟复杂通道内气泡/液滴的破裂行为，并进行实验验证。

  21. 2、研究内容 模拟方法说明 软件：Fluent 6.3.26模型：基于分段线性界面表征法（piecewise linear interface representation，简称PLIC）的 VOF模型求解器：压力基求解器算法：压力隐式算子分割算法（pressure-implicit with splitting of operators，简称PISO）压力插值方法： PRESTO！(pressure staggering options)，使用几何重构方案处理界面附近插值离散方法：使用二阶迎风格式对动量方程进行离散边界条件：进口设置为速度进口，出口为压力出口，出口压力为一个大气压。壁面条件设为完全润湿且无滑移

  22. 3、课题进展安排 2012.07-2012.10：查阅文献，确定研究物系、通道形式，加工通道，完成气液（液液）两相流的流型研究。2012.11-2013.04：第一阶段实验（包含模拟），完成对气泡分裂行为研究。2013.05-2014.01：第二阶段实验（包含模拟），完成对液滴分裂行为研究及复杂通道内气泡/液滴的破裂行为。2014.02-2014.05：撰写论文，准备答辩。

  23. Thank you for your patience!

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