可根据表征通道内重力与表面张力比值的无量纲邦德数判断微通道、小通道及常规通道。邦德数,式中
为微通道当量直径;
为重力加速度;
为液体密度;
为蒸汽密度;
为气液界面的表面张力。当
时,重力可以忽略,为微通道;当
时,表面张力占主导作用,为小通道;当
时,表面张力可以忽略,为常规通道。
重力在垂直流动方向上的分量促使气液分层,气体浮在微通道上部分而液体沉于下部分;重力在平行流动方向上的分量促使凝结液排除,减缓壁面液膜的增厚。表面张力促使气液界面平整,抑制波动对凝结液膜的影响,同时促进凝结液膜周向分布均匀,具有逆分层效果。剪切力一方面促进凝结液膜排除,减缓了壁面液膜的增厚,同时引起气液界面波动(增加换热面积)以及凝结流型的不稳定。微通道内表面张力取代重力占主导作用,常规通道中因重力作用而导致的分层流不再出现。几何形状、粗糙度以及润湿性等表面特性,在微通道流动冷凝中的影响显得尤为突出。微通道与常规通道在重力、表面张力和剪切力的相对量级上有较大差异,导致微通道内的两相凝结换热机理和流型转变与常规通道相比有很大不同。
微通道凝结换热机理与通道内两相流型密切相关,其主要流型包括雾状流、环状流、喷射流、塞/泡状流。微通道进口为汽水共存的雾状流;随着冷凝液量的增多,未及冷凝的高干度蒸气由冷凝液膜包裹着在管道中心高速流动(环状流);沿着流动方向,紧贴微通道内壁四周,将蒸汽和微通道内壁分开的液膜因为蒸汽的不断凝结,其厚度不断增加,到达某一临界厚度,在环状流的尾端,凝结液膜的积聚增多导致液桥现象的出现,当蒸汽的动量不足以克服表面张力的作用,环状流流型难以依靠蒸汽惯性力继续维持,就会出现喷射流;在喷射流的断点处开始,喷射流会不断地向下游间断性地释放泰勒泡,从而形成塞/泡状流动,塞/泡状流动在壁面的持续冷却和表面张力的作用下,会演变成球形泡状流动,最后气泡会逐渐冷凝收缩,湮没在主流流体区域。