Капельный режим течения в микроканалах

В результате систематических исследований течения двухфазного потока в щелевых микроканалах высотой от 50 до 440 мкм обнаружен новый характерный режим движения жидкости – капельный. Капли представляли собой вертикальные перемычки между пленками жидкости, расположенными на нижней и верхней сторонах канала. Сделана новая классификация режимов двухфазного течения в микроканалах. 1 – пузырьковый режим, когда по микроканалу движутся пузырьки газа; 2 – капельный режим, когда в классических режимах течения наблюдается движение капель жидкости, представляющих из себя вертикальные жидкостные перемычки и 3 – классические режимы течения, не содержащие капель. Показано, что область капельного режима течения существенно зависит от высоты канала и смачиваемости поверхности.

Режимы течения в микроканале сечением 0.15×20 мм2. Жидкость – FC-72; газ – азот.

Выделено три механизма формирование капель. Первый – формирование капель непосредственно возле жидкостного сопла. В этом случае капли имеют форму, близкую к кругу (если рассматривать их плоскими). Второй механизм – это формирование капель непосредственно в самом канале, когда капля отделяется от жидкости, движущейся по боковым сторонам канала, а затем капля приобретает правильную форму. Третий механизм – образование капель при разрушении более крупных капель. Установлено, что при небольших значения числа We капли имеют круглую форму. Определено критическое число Вебера We_Cr1=0.12, при котором деформация капли не превышает величину 1.1. При увеличении значения числа We деформация капель возрастает, но значение деформации не превышает 1.8. При достижении числа Вебера величины We_Cr2=0.78, деформация капель становится настолько большой, что растет со временем, капля меняет форму и разрушается, образуя, как правило, две капли меньшего размера. В данном случае деформация капель определялась в последний момент перед разрушением, когда они имели эллипсоидальную форму. Таким образом, можно выделить три диапазона эволюции капель: круглые капли, деформация капель и разрушение капель.

Деформация и разрушение капель жидкости в зависимости от числа Вебера. Обозначения: 1 – микроканал 0.15×20 мм2, FC-72, область разрушения капель; 2 – микроканал 0.15×20 мм2, FC-72, область деформации капель; 3 – микроканал 0,1×30 мм2, вода, область деформации капель.

ИТ СО РАН, зав. лаб., д.ф.-м.н., проф. Кабов О.А., г.н.с., д.ф.-м.н. Чиннов Е.А., н.с., к.ф.-м.н. Роньшин Ф.В., инж. Дементьев Ю.А., тел.: +7 (383) 316-51-47.