【研究】微尺度下液/液作用力分析和无量纲特征数，认识非均相体系微化工技术的本质规律

在常规尺度的化工设备内，在常规操作条件下重力和惯性力在气 / 液、液 / 液等非均相体系的分散过程中占主导地位，分散相尺寸通常在毫米到厘米量级。

当设备的特征尺寸减小到微米量级时，流体与壁面之间、非均相流体之间的作用力大小会发生很大的变化，原来对于分散过程基本没有影响的作用力会成为决定分散过程的主要作用力，如界（表）面力和黏性力，在微尺度下非均相体系会出现新的流动现象和分散规律。

量纲，对于气 / 液、液 / 液等非均相体系在微尺度条件下作用力进行分析，并通过无量纲特征数对于作用力大小进行比较，将会十分有助于了解微尺度条件下流型和分散尺寸变化规律，深入认识气 / 液、液 / 液等非均相体系微化工技术的本质规律。

图1：水 / 己烷体系在不同特征尺度设备内Bo 变化规律

在前天，我们分析了，进而看出在微尺度下的主要作用力。对于液 /液体系我们做同样的分析，以常温常压下水 / 正己烷体系，己烷为分散相为例计算在不同微通道尺度下 Bo 的变化规律，结果如图 1所示。

计算 Bo、Ca、We 无量纲特征数随流速和通道尺寸变化，结果列于表1 中。

由图 1可以看出，对于液 / 液体系，由于两相密度差较气 / 液体系小，但界面张力会略有减小，因此总体上 Bo 有一定程度的减小，在大部分情况下重力对于液 / 液微分散的影响很小，可以忽略。

由表 1 可以看出，对于液 / 液微分散体系与气 / 液微分散体系相同，界面力和黏性力是影响微分散尺寸和流动的主要作用力。

当然，对于有界（表）面张力变化较为明显的体系，如低张力体系，其多相分散行为与常规体系相比会有很大的区别。

另外，当操作条件较为特殊时，如高流速或者极端相相比条件下，多相分散过程的控制力也会随之改变。因此，对于在微尺度条件下的多相分散的作用力及其机制还需要根据具体过程来加以分析和讨论。

表 1 水 / 己烷体系Bo、Ca、We 无量纲特征数随流速和通道尺寸变化

参考资料：

[1 ] 骆广生，吕阳成，王凯，张吉松等，《微化工技术》化学工业出版社。

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