In these days, two-phase flow micromixing has been received much attention like single-phase flow micromixing due to many application. Especially, two-phase flow micromixing is directly connected to the system efficiency of micro-combustor and help the system to increase the operational efficiency. However there have been few researches about two-phase flow micromixing. Even it has been studied not a long time that the general phenomenon of two-phase flow in microchannel. Therefore we present a two-phase flow micromixer by generating microbubbles, simply called bubbly flow, to get large gas/liquid contact area.
A device, the two-phase flow micromixer, was fabricated by SU-8 lithography and PDMS molding process using a single mask design which has a centered gas channel between two liquid channels like an orifice. Several experiments and analysis were done at the device. First of all, the general phenomenon of two-phase flow patterns in the fabricated device was observed to find the operating conditions of bubbly flow at the device. Secondly, we observed the tendency of generated bubbly flow and analyzed the diameter of microbubbles according to superficial velocity of liquid $(j_L)$, pressure difference between inlet of gas and outlet (ΔP) and gas channel width (w). From experimental data of this research, we can find a new drag coefficient $(C_D)$ for microchannel. At last, the two-phase flow micromixing was experimented based on previous researches about two-phase flow patterns at the device.
최근 작동유체로 이상 유체를 사용하는 경우가 증가하면서 이상 유체의 마이크로 혼합에 관한 연구가 진행되고 있다. 이상 유체 혼합율은 마이크로 컴버스터와 같은 시스템의 효율에 직결되는 문제이기 때문에 매우 중요한 사항이다. 그러나 이상유체의 마이크로 혼합에 관한 연구 결과는 거의 없을뿐더러 마이크로 채널에서 이상 유체의 일반적 유동 형태에 관한 연구도 시작단계에 불과하다. 그러므로 본 논문에서는 마이크로 기포 형성, 즉, 기포류를 이용하여 액체와 기체의 접촉 표면적을 넓혀줌으로서 이상 혼합을 하는 이상 혼합기를 설계하였다.
마이크로 이상 혼합기는 SU-8 사진 식각 공정과 PDMS 몰딩 작업으로 가운데에 기체 채널을 중심으로 양쪽으로 액체 채널이 있는 형태로 설계하였다. 제작된 이상 혼합기에서 몇가지 실험과 해석을 진행하였다. 첫째로 제작된 이상혼합기에서 기포류가 형성되는 조건과 일반적인 이상 유동의 형태를 관찰하였다. 둘째로 생성된 기포류의 경향성을 살펴보고 이를 액체의 겉보기 유속, 기체의 주입 압력, 기체 채널의 폭을 변수로 하여 분석하였고, 실험 결과를 토대로 마이크로 채널에서의 새로운 항력 상수를 유도하였다. 셋째로, 앞의 실험 결과를 바탕으로 이상 혼합 실험을 진행하였고 이상 혼합이 일어남을 확인하였다. 마지막으로 앞의 실험에서 발생한 문제점을 해결하기 위하여 감광성 유리를 사용한 이차 소자 제작 방법을 제시하고 제작하여 보았다.
