Экспериментальное исследование адиабатных двухфазных течений в микроканале с соотношением сторон 1:1000

На сегодняшний день в открытом доступе имеется множество экспериментальных данных по адиабатическому двухфазному течению в микроканалах различной геометрии (круглых, прямоугольных, квадратных). Однако микроканалы с высоким соотношением сторон (щелевые микроканалы) остаются малоизученными. В данной работе впервые экспериментально исследовано адиабатическое двухфазное течение в щелевом микроканале высотой 10 и шириной 10 мм (соотношение сторон 1:1000) в широком диапазоне приведенных скоростей жидкости и газа (от 0,0033 до 0,33 м/с для жидкости и от 0,33 до 10 м/с для газа). Сочетание фотолитографии, глубокого анизотропного травления и термоанодной сварки позволило создать проточные ячейки со щелевыми микроканалами высотой 10 мкм и шириной 10 мм. Высота канала и характеристики поверхности канала (шероховатость и углы смачивания) были измерены с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и метода лежащей капли соответственно. Исследованы новые режимы течения и переходы режимов течения и впервые построены карты режимов течения для ряда жидкостей с различными физическими свойствами. Одна из этих карт сравнивалась с картой щелевого микроканала большей высоты. Показано, что карты картины течения для жидкостей, полностью смачивающих секцию смешения, могут быть обобщены в координатах Ca_l и We_g, что свидетельствует о незначительном влиянии сил инерции жидкости на границы картины течения. Показано, что с увеличением поверхностного натяжения область струйного течения расширяется. Установлено, что факторами определяющие режим течения являются неустойчивость Саффмана-Тейлора в секции смешения и вдоль канала, неустойчивость, вызванная поперечным градиентом давления, а также смачиваемость верхней стенки канала.

Обобщение карт режимов течений для различных рабочих жидкостей.

Руководитель работы – Дементьев Ю.А., тел. +7 (383) 316-50-37.