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微小通道内气液两相流流动及传热机理的研究
摘要：本文分析了微小通道内气液两相流流动及传热的机理。首先，介绍了微小通道的定义以及与传统通道的区别。其次，详细阐述了气液两相流在微小通道中的特殊性质，包括表面张力与毛细作用、液膜厚度的影响、液体等相点的偏移、气泡产生与聚合等。然后，讨论了微小通道内气液两相流传热的机理，包括气液两相热传递的不同方式、微小尺度下热传导的增强等。最后，总结了目前关于微小通道内气液两相流流动及传热机理的研究现状及未来研究方向。
关键词：微小通道、气液两相流、表面张力、毛细作用、热传递
一、引言
在微纳技术的快速发展过程中，微小通道已成为重要组成部分。相对于传统的宏观通道，微小通道具有具有小尺寸、高比表面积、增强质量传递和热传递等优点，因此被广泛应用于制备、传感、存储和分析等领域。气液两相流是微小通道中最常见的流体流动形式之一，其研究对于理解微小通道流动与传热机理具有重要意义。本文将从微小通道的特点、气液两相流的特殊性质、气液两相流传热的机理三个方面阐述微小通道内气液两相流流动及传热机理研究进展。
二、微小通道的特点
微小通道是指其通道尺寸小于1mm，通常通道宽度在10-1000微米之间。与传统宏观通道相比，微小通道的表面积相对较大，液体在通道内的吸附能力较强，因此液体往往会形成连续的薄膜而非单独的液滴或气泡。此外，微小通道内压强变化较小，压损低，从而降低了流体阻力。
三、气液两相流的特殊性质
在微小通道中，气液两相流的特殊性质表现在以下方面：

微小通道内的气液两相界面上存在一定的表面张力。因此，当气液两相的界面曲率发生变化时，表面张力会产生压力，从而驱动气液流动。当通道尺寸越小，界面曲率越大，表面张力的影响就越大。此外，微小通道内的气液两相流存在毛细作用，其大小与液体的表面张力、通道尺寸和液体在通道内的表面积度相关。

由于微小通道内的液体往往形成连续的薄膜状态，因此液膜厚度对气液两相流的传热和流动性能产生影响。当液膜厚度小于液体分子尺度时，液滴或气泡会在通道内壁面的影响下发生形变，产生内部涡流并促进热传递。

在微小通道内，气液两相流往往会导致液体等相点的偏移。此时，液体的特性类似于流体的非牛顿性，流场在热传递和物理性质方面呈现出非典型的行为。

在微小通道内，石墨化气泡或低压气泡往往会在通道内画出固定的轮廓，使得气泡的形态和尺度受到限制。此外，泡-泡间相互作用容易导致气泡聚合，加大通道内阻力。
四、气液两相流传热的机理
微小通道内，气液两相传热方式主要有两种：对流传热和相变传热。其中，相变传热包括沸腾传热和冷凝传热。

气液两相的热传递方式取决于液膜厚度以及气液两相的润湿性等因素。在液膜厚度很小时，气液两相之间的传热主要为对流传热，即气体和液体相互之间通过碰撞和混合传递能量。而在通道内的泡点数较大时，沸腾传热则是气液两相传热的重要途径。此时，液滴往往会在气泡表面生成，并快速破裂，从而产生庞大热通量。另外，在微小通道内，冷凝传热也是气液两相传热的重要方式之一。当冷凝液体以一定速率流入通道时，其热传递特征则不同于蒸发状态下的传热特征，主要表现为界面热阻降低及热流密度增加。

热传导度是媒介的一个重要热物理性质，并在微小尺度下显示出明显的增强效应。在微小通道内，基于导电性材料作为基板，热电偶即可置于通道内各个位置，以实时采集温度数据，研究介质内不同轴向位置的温度分布情况，对于热传递的机理研究具有十分重要的意义。
五、结论
目前，微小通道内气液两相流流动及传热机理的研究已经取得了显著进展。其中，表面张力与毛细作用、液膜厚度的影响、液体等相点的偏移、气泡产生与聚合等方面的研究揭示了微小通道内气液两相流的独特行为。另外，对气液两相热传递的不同方式进行的深入分析，以及微小尺度下热传导的增强等趋势，也为微小通道内气液两相流研究提供了重要的理论和实验依据。未来研究重点应聚焦于进一步明确微小通道内气液两相流的物理特性和传热机理，以及如何优化通道结构以实现优异的气液两相传热性能、优化系统设计和操作等。