气液、气液固微反应器流动特性

摘要

微通道中多相流动压降是微反应器设计与放大必需的重要参数，而微通道中多相流动压降又与流型密切相关。近年来，人们对微通道中气液两相流动特性进行了较深入的研究，但尚未很好地解决流型的划分与压降准确预测的问题；而对于微通道中气液固三相流动特性的研究尚未见文献报道。 本文在内径400μm的玻璃圆形微通道中，进行了气液两相和气液固三相流动特性的研究。实验过程中液相为水、乙醇、两种不同浓度的CMC水溶液，气相介质为氮气，固相为纳米二氧化硅。 实验中通过高速摄像，在两相流和三相流均观测到了泡状流、弹状流、弹-环形状流、扰动流和环形流等流型。以WeLs、WeGS、ReLs、ReGS、ρG/ρL为输入参数，采用BP神经网络可以很好地预测微通道内的气液两相流的流型，辩识率为96.7％；以WePSLS、WeGs、RePSLS、ReGs、ρG/ρPSL、Ws为输入参数，采用BP神经网络可以很好地预测微通道内的气液固三相流的流型，辩识率为97.8％。 利用神经网络的分区结果，对气液微通道中各区压降预测公式进行了研究，得到了如下结果：在扰动流、泡状流区域，选用平均动能法能很好地预测流动压降，平均动能法中的比例系数被修正为：α=0.0387EXP(0.0021*μL/μG)；在弹状流区，采用Kreutzer等的压降预测公式和神经网络预测弹状长度相结合，可以较好地预测该区域的压降；在弹-环状流区，Duklcr模型在与弹状流与弹-环状流转换区域得到了很好的结果，平均动能法在弹-环状流和环状流之间的转换区域得到了很好的预测结果；在环状流区域，采用基于气相乘数Φ2vo的方法可以很好地预测流动压降。 对气液固微通道中各区压降预测中，挠动流、泡状流、弹状流和弹-环状流区，选用平均动能法能很好地预测流动压降，平均动能法中的比例系数被修正为a=0.015，其与二氧化硅质量含量无关；在环状流区域，采用的是基于气相乘Φφ2vo的方法来预测流动压降。

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前 言

第一章文献综述

1.1微通道的概念和分类

1.2国内外研究进展

1.2.1单相流

1.2.2两相流

1.3 BP神经网络

1.3.1 BP神经网络及其改进算法

1.3.2神经网络的设计

1.3.3神经网络在两相流流型识别中的应用

1.4论文工作的提出

第二章微通道中气液两相流流动特性的研究

2.1实验装置和实验流程

2.2实验方法

2.2.1影响微通道中气液两相流流型的特征参数的定义

2.2.2影响微通道中气液两相流弹状长度特征参数的定义

2.3结果和讨论

2.3.1微通道两相流流型的研究

2.3.2流型的神经网络识别

2.3.3弹状长度的神经网络预测

2.3.4基于流型的微管道中气-液两相流压降的研究

2.3.5弹状流低压降区域压降的计算

2.3.6各种流型区域压降拟和模型的分析

2.4小结

第三章微通道中气液固三相流流动特性的研究

3.1实验装置和实验流程

3.2实验方法

3.2.1影响微通道中气液固三相流流型特征参数的定义

3.2.2微管道中气液固三相流的压降分析

3.3结果和讨论

3.3.1微通道气液固三相流流型的研究

3.3.2流型的神经网络识别

3.3.3微通道三相流压降的研究

3.4小结

第四章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢