浅谈-高速摄像在微通道研究中的应用（浅谈-高速摄像在微通道研究中的应用现状）

一、背景介绍

微通道又称微通道换热器，是通道当量直径为10-1000m的换热器。该换热器的扁管内有数十条细流道，与扁管两端的圆形集管相连。集箱内安装有隔板，将换热器流道分隔成多个流程。微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大型微通道换热器。

蒸汽直接接触冷凝（DCC）是蒸汽与过冷水直接混合时发生的瞬时动量和传热传质现象。具有无中间热阻和极高的传热传质效率的显着特点。广泛应用于可再生能源工程、核电、化工等领域。它在其他领域也有广泛的应用。

2、研究内容

从尺度上看，DCC的应用领域主要集中在宏观尺度范围，而DCC的应用已经扩展到微观尺度。尺度效应会显着影响汽液多相流的流动形态和演化特征。常规尺度的DCC流动传热机制很可能无法解释精细尺度条件下的相关行为。因此，有必要研究微尺度条件下DCC的汽液两相流现象，揭示其瞬时界面特征和演化行为。

图2 T形微通道实验断面示意图

图3 实验系统示意图

该实验系统主要由蒸汽发生系统、过冷水双循环系统、图像采集系统、温度采集系统和可视化实验部分五部分组成。本实验的主要目的是探讨特定汽水热参数下典型汽液界面的瞬时特征和演化行为。实验涉及的蒸汽体积流量、过冷水体积流量、蒸汽温度、过冷水温度等参数的数值均可从综合控制系统的控制面板上观察到。实验系统稳定运行后，使用高速相机和图像采集软件以5000fps的速度进行采集。

三、研究结论

图4 高速摄影观察到的实验现象

本研究基于T形微通道内蒸汽直接接触凝结可视化实验平台，利用高速相机获取饱和蒸汽和过冷水条件下直接接触凝结过程的瞬时图像信息。通过对汽水界面瞬时演化行为的分析，得出以下结论：（1）从汽液界面时变特性来看，该工况下汽液界面所呈现的流动形态是一种复合流型。 (2)发现了一种不同于常规刻度管DCC汽液界面涨落的新现象。 (3)发现支管附近蒸汽泡内爆引起的颜色加深是由于蒸汽泡瞬间破裂造成的。 (4)蒸汽从支管注入主管后，其长度经历较长一段振荡增长期和很短一段线性缩短期。

4、行业应用总结

微通道和微流控领域的研究一直是业界的热门话题，涉及芯片、生物医药、能源化工等多个领域，其特点是尺寸微小、流速高、涉及气液多相。通常，微观尺度的观察采用高速相机搭配由显微镜或放大镜和特殊光源组成的观察系统来捕获图像。千眼狼在该行业拥有大量成熟案例，可以为研究人员提供案例经验和完整的解决方案。

作者：张强武、马昆如、李淑倩、陆涛