Abstract
A growing bubble can be squeezed for water, and it will then encounter flow instability, which reverses toward upstream in straight micro-channels. To reduce the flow instability, a micro-channel that expands at the downstream end has been found to be effective. In the expanding area, a growing bubble will tend to move downstream because the net surface tension force of a vapor-liquid interface is inversely proportional to the local radius of curvature. We propose a static flow instability model and validate it experimentally. Moreover, we apply the local-instability parameter concept to the real design of a stable evaporative micro-channel with an expanding area. Based on the localinstability model, we establish a static design for stable expanding evaporative micro-channels.
마이크로채널 표면의 핵에서 생성된 기포는 물을 작동유체로 이용하는 경우 채널의 좁은 단면적에 의해 압착되어 유동불안정성을 유발한다. 직관 마이크로채널에서 압착된 기포는 관성 유동의 역방향인 채널 상류로 진행한다. 마이크로채널에서 역방향 유동을 없애기 위해 채널 하류의 단면적을 확장시키는 것이 효과적이다. 그 이유는 압착된 기포의 전후단 계면의 표면장력에 의한 압력차이가 계면의 반지름에 역비례해서 자연적으로 기포가 채널 하류로 이동하려는 힘이 발생하기 때문이다. 확장 증발 마이크로채널에서 정적 유동불안정성 모델이 제시되었으며, 실험으로 모델을 검증하였다. 또한, 안정된 확장 시스템을 설계하기 위해 국부 설계 개념을 도입하였다. 검증된 모델과 개념을 바탕으로 안정된 확장 증발 마이크로채널 설계를 성공적으로 수행하였다.
