Гидродинамика снарядного режима течения несмешивающихся жидкостей в микроканалах

Проведено комплексное экспериментальное исследование снарядного режима течения несмешивающихся жидкостей в микроканалах Т-типа. Снарядный режим течения несмешивающихся жидкостей в микроканалах представляет большой интерес в связи с его применением во многих технологических приложениях, таких как производство эмульсий, проведение химических реакций, в том числе процессов экстракции, синтез наноматериалов и т.д. Для разработки микроканальных устройств применительно к данным приложениям необходима экспериментальная информация и гидродинамике течения снарядного режима.  Так, например, скорость химических реакций определяется скоростью движения снарядов, их длиной и циркуляцией внутри снарядов.

С помощью современного бесконтактного оптического метода micro-PTV и скоростной визуализации проведено экспериментальное исследование течения несмешивающихся жидкостей с экстремально низким отношением вязкостей дисперсной и несущей фазы. Обнаружены характерные деформации снарядов, приводящие к изменению их формы по сравнению с тэйлоровскими снарядами. Изучена тонкая структура снарядов вблизи стенки: обнаружено формирование V-образной контактной линии, приводящее к отрыву микрокапель от 1 до 10 мкм или микроструй с торца снаряда. Проведены измерения мгновенных полей скорости внутри снарядов, показана существенно трехмерная структура потока. На основе анализа экспериментальных данных был установлен новый безразмерный критерий, определяющий форму снарядов и структуру потока внутри них. Одним из перспективных направлений являются течения ионных жидкостей в микроканалах. Ионные жидкости могут использоваться в различных областях для повышения эффективности, экологичности и безопасности технологических процессов. Проведены исследования течения ионная жидкость–вода в микроканалах Т-типа с различным отношением глубины к ширине, и показано влияние последнего на карту границы существования снарядного режима течения, длину и скорость снарядов. Обоснован выбор геометрии канала для проведения различных технологических процессов.

Полученные экспериментальные данные и обобщающие критерии являются фундаментальной основой построения микроканальных устройств для энергетических технологий нового поколения: теплообменников, экстракторов, химических реакторов, устройств для синтеза наночастиц и т.д.

ИТ СО РАН, с. н. с., к. ф.-м. н. Бильский А.В., м. н. с. Ягодницына А.А., инж.-иссл. Ковалев А.В., тел.: 8(383)335-66-84.