微管道中固液两相流流动特性的试验研究

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本文采用实验室拥有的微流动实验台,对液体及固液两相流在石英圆管道中压力流动的流量-压力特性进行了实验研究。实验台压力调节范围0~1MPa,用高压气源作为压力源,采用位移法间接测量微管道中的液体流动的流量。本文采用实验介质分别为去离子水和不同质量分数的铜纳米流体。首先,本文测量了去离子水在疏水性和亲水性表面管道中的流动特性,其中微管道内经分别为25μm和50μm,长度分别为40mm和70mm。采用对微圆管道自组装一层单分子octadecyltrichlorosilane(OTS)膜来改变其界面性质,研究了界面性质对去离子水在50μm内径的微管道中流动滑移的影响。实验结果表明去离子水在自组装一层单分子OTS膜管道中的流动,其流量出现明显增大,这是由于去离子水在疏水性微管道中的流动出现了表面滑移。本文不仅研究了单一流体在微管道中的流动情况,而且对纳米流体在微管道中的流动问题也做了一些研究。本文介绍了纳米流体的制备,通过将纳米粒子与去离子水直接混合,采用添加分散剂、超声振动等方法,改变纳米粒子的表面特性,获得悬浮液稳定的纳米流体。采用纳米流体作为实验介质,对其在内经为25μm和50μm,长度为40mm、70mm和100mm的管道中流动的流量-压力特性进行了实验研究,在定常层流条件下,采用宏观的理论对实验流量进行了估算,以便于和实验结果进行比较。实验测量了去离子水—Cu纳米流体在微管道内流动的压力—流量特性,与纯水相比,流量并没有出现明显减小,实验所采用的纳米流体的压力—流量关系符合经典的宏观理论N-S方程,因此,在实验条件下,微管道内纳米流体的流动阻力并未明显增大,且不随纳米粒子的体积份额而变化。
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