复杂结构微流体芯片中的瞬态流型研究

摘要

本文在低质量流速和高热流密度条件下,对一种复杂结构微流体芯片中的流动沸腾进行了实验研究.在热流密度为90-181kW/m2,质量流速为40-80kg/(m2s)的工况范围内,通过高速动态可视化研究,发现了毫秒级微时间尺度的周期性流型;利用图像处理技术,发现了在微通道中的分层流.在单个微通道区域内,通道内液膜沿流动方向逐渐增厚且蒸干总是首先发生在其上游区域,而在不同微通道区域间,下游微通道首先蒸干.分析表明液相弗劳德数(Froude)处在1到10的量级是微通道中存在分层流的原因.高热流密度和低质量流速导致了高沸腾数(Boilingnumber),引起汽液界面较大的动量交换和剪切应力,从而使液体不断向单个微通道出口处聚集,引起液膜厚度沿流动方向逐渐增厚.