[發(fā)明專利]一種微通道彈狀流生成裝置及其生成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310192368.1
• 申請日: 2023-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN116379829A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳祥成;馬夢珠;張亞楠;蘇良彬;王崗;盧金
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): F28F13/06
• 分類號(hào): F28F13/06;F28F27/00;B01F33/301;B01F23/10
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 李末黎

1.一種微通道彈狀流生成裝置，其特征在于，包括氣液分離器(2)，氣液分離器(2)設(shè)有氣相混合物進(jìn)管(1)，氣液分離器(2)上部與氣相管道(3)連通，下部與液相通道(4)連通，氣相管道(3)和液相通道(4)上均設(shè)有流量感應(yīng)裝置(5)，氣相管道(3)和液相通道(4)的出口分別與變徑管(6)連接，變徑管(6)變徑到微通道的尺寸，兩組變徑管(6)的出口與氣液混合器(7)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微通道彈狀流生成裝置，其特征在于，所述液相通道(4)上設(shè)有比例閥(8)，比例閥(8)通過驅(qū)動(dòng)器(9)進(jìn)行控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微通道彈狀流生成裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器(9)與放大器(10)電性連接，兩組流量感應(yīng)裝置(5)與比較器(11)電性連接，比較器(11)與放大器(10)電性連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微通道彈狀流生成裝置，其特征在于，所述氣液分離器(2)上部設(shè)有泄壓閥(12)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微通道彈狀流生成裝置，其特征在于，所述變徑管(6)變徑到微通道的尺寸小于1mm。

6.使用權(quán)利要求3所述的一種微通道彈狀流生成裝置的彈狀流生成方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、將氣相混合物通入氣液分離器(2)，氣相管道(3)與氣液分離器(2)上部的氣相空間相連，液相通道(4)與氣液分離器(2)下部的液相空間相連；

步驟二、通過兩組流量感應(yīng)裝置(5)分別對氣相管道(3)和液相通道(4)上的流速進(jìn)行測量，并將信號(hào)反饋至比較器(11)，比較器(11)對流速信號(hào)進(jìn)行比較后反饋至放大器(10)進(jìn)行信號(hào)放大，然后通過驅(qū)動(dòng)器(9)對比例閥(8)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)氣、液兩相的混合比例；

步驟三、氣相和液相分別通過變徑管(6)變徑后，氣液在氣液混合器(7)內(nèi)混合，形成彈狀流。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈狀流生成方法，其特征在于，所述步驟二中，通過調(diào)節(jié)放大器(10)的放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)彈狀流的形成，流量感應(yīng)裝置(5)為渦街流量傳感器，放大器(10)的放大倍數(shù)推導(dǎo)過程如下：

在渦街流量傳感器內(nèi)，氣液流速u與渦街頻率f存在下述關(guān)系：

St＝fD/u?(1)

其中，St為無量綱數(shù)，近似為常數(shù)；D為渦街發(fā)生器的寬度，f為渦街頻率；

微通道內(nèi)，隨著空泡份額α逐漸增大，流型由泡狀流逐漸過渡到彈狀流，當(dāng)繼續(xù)增大空泡份額α，流型將從彈狀流過渡到環(huán)狀流，泡狀流向彈狀流過渡的條件表述為：

其中，J_l為液相折算速度，J_g為氣相折算速度，μ_l為液相粘度，μ_g為氣相粘度；彈狀流向環(huán)狀流的過渡條件表述為

其中，α_crit為空泡份額臨界值，通常取為0.15；

因此，當(dāng)液相折算速度取彈狀流上下界的平均值時(shí)，則一定能夠?qū)崿F(xiàn)彈狀流，即

J_l＝(J_l'+J_l)/2(4)；

又知，折算速度和流速u的換算關(guān)系為

其中，A₁為渦街流量傳感器接管的截面面積，A_micro經(jīng)過混合器后微通道的截面面積；

將式(2)、式(3)、式(5)和式(6)帶入到式(4)，進(jìn)一步處理可以獲得

在比較器內(nèi)獲得的氣液流速之比可以通過渦街頻率獲得

比較式(7)和式(8)即可獲得實(shí)現(xiàn)彈狀流流型的放大器的放大比例，為

放大器內(nèi)只需滿足式(9)中的放大比例即可生成彈狀流。