微通道內液-液泰勒流傳熱的計算流體力學模擬

李婷，許松林

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微通道內液-液泰勒流傳熱的計算流體力學模擬

李婷，許松林

（天津大學化工學院，系統生物工程教育部重點實驗室，天津 300072）

微通道內的液-液兩相流型在低流速時以泰勒流為主，本文使用計算流體力學方法，對微通道內液-液泰勒流的傳熱特性進行了研究。首先考察了分散相流速、物系和管徑對微通道壁面溫度的影響。結果表明：分散相流速和物系熱導率增大使得微通道壁面溫度降低，管徑的改變對微通道壁面溫度影響較小。然后針對當量直徑為0.5mm的微通道內工作介質為甲苯和水的兩相泰勒流模型，考察了微通道壁面剪切力、界面渦度和努塞爾數對壁面和內部溫度的影響，并與文獻中氣-液兩相泰勒流的傳熱性質作了比較。結果表明：壁面剪切力和界面渦度對管壁和界面溫度的波動性變化有一定影響，壁面剪切力和界面渦度的波峰往往出現在溫度的波峰附近，并且有一定的時間滯后性。甲苯-水兩相泰勒流動下的壁面努塞爾數比氣-液兩相流大得多，液彈單元的平均努塞爾數是相同條件下單相流體流動的1.3倍。

微通道；泰勒流；傳熱；計算流體力學

微通道，也稱為微通道換熱器，是一類結構緊湊、輕巧、高效的換熱器，在航空航天、現代醫療、化學生物工程等諸多領域都具有廣闊的應用前 景[1]。微通道換熱器的當量直徑通常在10～1000μm之間，與常規尺度通道相比，微通道內流體間的界面張力和壁面效應起主要作用，而重力、浮力等作用很小，甚至有時可以忽略不計，因而其流體特性與常規尺度通道內的流體具有非常大的區別[2-4]。……