并行微通道中气液两相流分配特性及光测量的研究

摘要

微化工技术是当前化学工程学科前沿，经过近几年的发展，已经成为过程强化的典型方法。本论文着眼于多通道微反应器内气液两相流的实验研究，采用廉价易得的内径为0.5 mm的毛细管制作了并行微通道反应器，并利用该装置进行了并行微通道内空气-水两相流的流动实验。本工作旨在探求新型的微通道数量放大模式和流体分配规律，为微反应器的工业应用奠定理论和实验基础。
　　本实验证明了毛细管制作并行微通道的可行性，并有效利用该装置进行了空气-水两相流的实验研究和建模计算。实验设定气液两相的进口体积流速为1~20mL/min，并保持两相流速相同以生成气泡尺寸均一的Taylor流。并行子通道内的流型可以分为两个流区，分别是气泡流和两相分离区，其中，微通道内为气泡流时，流动比较稳定，气液尺寸参数比较均匀；相分离区内由于主通道内流动方向改变形成的涡流影响，流动十分不稳定。而且，体积流速越大，两相分离区所占通道个数越多。为更好地描述和预测并行通道内该流型的状况，采用体积衡算和压强计算的方式，对该梳状并行微通道进行了建模过程，计算结果与实际情况符合很好，并通过简单的参数比较可以确定理想的实验操作区间。
　　此外，本论文也报道了一种简便的新型光测量系统的搭建和测量实验。该检测系统基于红外光穿过不同介质时由于透过率差异而接收光强不同的原理，采用多条光纤安装于通道上方，成功应用于微通道内气液流动的气泡长度、流速和相含率测量，并且该方法高效可靠。

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第一章 文献综述

1.1微反应器的概述

1.2微通道反应器的研究方法

1.3微通道内气液两相流的研究

1.4微反应器放大的研究

1.5微通道反应器的研究现状及展望

1.6课题的提出及主要工作

第二章 梳状微通道内气液两相流的实验研究

2.1研究目标及准备工作

2.2实验装置及流程

2.3实验结果及分析

第三章 梳状微通道内气液两相流的模型化研究

3.1流型分区

3.2主通道内气液柱参数

3.3主要假定

3.4主要计算

3.5计算过程及结果

3.6对操作条件的预测

第四章 微通道的光测量系统

4.1检测原理与实现

4.2器件选购及系统搭建

4.3光测量系统效果评价

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

主要符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢