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摘 要

近年来，微尺度下的多相流体混合流动获得了很大的关注，为众多新兴微流体应用提供了不同与传统渠道技术创新的机遇。在微通道内的气液两相流混合流动通常表现出相比于宏观尺寸通道内混合流动不同的流动特性，其允许流体粒子的运动轨迹的精确控制。

本文即尝试利用FLUENT软件对错流接触式T型微通道气夜两相流进行了求解。主要研究内容及结论如下：

（1）建立T型微通道内气液两相流物理模型并利用FLUENT软件对错流接触式T型微通道气夜两相流进行模拟和分析，得到了不同条件下的各种流型图。

（2）通过多组模拟实验，分析错流接触式T型微通道内Taylor气泡的形成过程、空气速率对Taylor长度和产生频道的影响情况、及各种流型的演变过程。详细分析了Taylor流中气泡在微通道内的形成过程，压力与速度的变化在气泡连续形成过程的影响。通过研究四种流型的相图，压力云图和速度云图，对微通道内泡状流、弹状流、环状流和搅拌流进行了数值模拟分析，并发现了Taylor流气泡的产生频率随着空气速率的增加而线性增加。为工程实践提供了有效的理论参考。

关键词： T型微通道 ； 气液两相流 ； 数值分析

ABSTRACT

Multiphase flow in micro-channels have gained much interest in recent years given the numerous emerging applications of microfluidics that promise to provide technological innovations not realizable with conventional channels. Gas–liquid two-phase flows in micro-channels often exhibit different flow behavior than macro-sized conduits, which allows for the precise control of the trajectory of fluidic particles.

This paper attempts to use The FLUENT software to solve the cross-flow contact T-shaped micro-channel two-phase flow.The main contents and conclusions are as follows:

(1) A brief introduction of the world in two-phase flow research progress in the development, after the establishment of a T-shaped micro channel in gas-liquid two-phase flow physical model and using FLUENT software on cross flow contact type T type micro-channel night air two-phase flow simulation and analysis, obtained under different conditions of various flow patterns.

(2) The FLUENT software was used to solve the cross-flow contact T-shaped micro-channel two-phase flow, multi-group simulation experiments was completed to analyze the formation of cross-flow contact within T-shaped micro-channel Taylor bubbles. Air velocity’ influent on Taylor bubbles’ length and generating and the evolution of a variety of flow patterns. The paper analyzed the Taylor bubble formation process in the micro-channel in detail and the change in pressure and speed led by the bubble formation continuous. Through the phase diagram of four flow patterns, pressure nephogram and velocity contours, within the micro-channel bubble flow, slug flow, annular flow and churn flow numerical simulation analysis is made, and found that the Taylor bubble flow generated by frequency increases linearly with increasing air velocity. The paper provides an effective theoretical reference for engineering practices.

Keywords: T junction micro-channel; two-phase flow; numerical analysis

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

目 录 IV

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 数值模拟方法 3

1.3.1宏观法 3

1.3.2微观方法 3

1.3.3介观方法 4

1.4 微通道气液两相流数值分析模型 4

1.4.1计算流体力学及商用软件 4

1.4.2多相流模型 4

1.6 本文开展的工作 5

第2章 物理模型的建立 6

2.1 假设处理 6

2.2 研究方法与原理 6

2.3 模拟控制方程 7

2.4 几何建模 7

2.5 网格划分 8

2.6 边界条件的定义与设置 8

2.7 利用FLUENT对错流接触式T型微通道气夜两相流进行求解 9

2.8本章小结 14

第3章 微通道内流型的数值模拟分析 15

3.1泡状流 15

3.2弹状流 16

3.3环状流 18

3.4搅拌流 19

3.6本章小结 21

第4章 Taylor气泡形成过程数值分析 22

4.1 Taylor 气泡形成过程 22

4.2 Taylor 气泡连续形成过程中压力与速度的变化 23

4.3 空气速率对Taylor 气泡的长度及产生频率的影响 26

4.4 本章小结 29

第5章 结论与展望 30

5.1 结论 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景

21世纪的微型元件技术发展迅速。以微流体生物芯片为例。微流体芯片，又叫作芯片实验室。微流体芯片在生物化学分析方面有很大助益，达到自动化验数据，用量少和速度快的优点。

微流体器件中多相流因为具有高效率，易于控制和体积小，受到了世人的关注。近年来，微尺度下的多相流体混合流动获得了很大的关注，为众多新兴微流体应用提供了不同与传统渠道技术创新的机遇。通道尺度的小型化，对微通道中流体的传质、传热性能与常规通道相比有较大程度的提高。人们做了很多实验来研究多相流，从而在实际生产中获得更大的效益。

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