Split of two-phase flow at a meso-scale T-junction with the square cross section was investigated experimentally. The experiments were conducted by using a T-junction with its cross section of 600×600 $μm^2$ and air and pure water were used as the test fluids. The superficial velocity ranges of air and water were 0.24 - 1.22 m/s and 0.31 - 1.0 m/s, respectively, which were confirmed to be in the plug flow regime. Five different types of mixers were used to observe the effect of the plug bubble length on the flow distribution behavior.
Experimental results showed that, in the meso-scale T-junction, the fractions of the gas and liquid phases separated through the branch varied largely with the bubble length at the inlet of the main, while the effect of the superficial velocities of each phase at the main appeared minor. More specifically, with the long plug bubbles, the flow distribution was not much affected by the superficial velocities of the gas and the liquid, similar to the cases with larger size (mm-order) tubes. However, with the short bubbles, significant mal-distribution of phases was observed and even the phase separation through the branch or run was attainable. Furthermore, a simple model for prediction of the ratio of flow split at T-junction was proposed by modifying the extended Bernoulli equation.
본 연구에서는 사각 메조스케일 T-분기관에서 2상유동의 분배에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 단면이 600×600 $μm^2$ 인 사각 T-분기관을 이용하여 수행하였으며, 시험 유체로는 물과 공기를 각가 액상과 기상으로 사용하였다. 작동 유체의 겉보기 속도의 범위는 공기와 물 각각 0.24 - 1.22 m/s 와 0.31 - 1.0 m/s이며 생성된 2상유체의 유동 양식은 모두 플러그류였다. 이때 다섯 종류의 혼합기를 사용하여 기포 길이가 분배에 미치는 영향을 관찰하였다.
메조스케일 T-분기관에서 플러그류의 분배에서, 분지관으로 분배되는 기체와 액체의 양이 기포 길이에 따라 크게 바뀌었으나 액체와 기체의 겉보기 속도가 분배에 미치는 영향은 상대적으로 적었다. 더욱 자세하게는 긴 플러그 기포의 경우에 기체와 액체의 겉보기 속도에 큰 영향을 받지 않았으며 이는 큰 직경의(mm 크기) 관에서의 기존 연구와 유사한 결과이다. 하지만, 기포의 길이가 짧아질 수록 불균등 분배의 정도가 심각해졌으며, 기포 길이가 매우 짧은 경우에는 분기관을 상 분리기로도 사용 가능하였다. 또한, 확장된 베르누이 방정식을 수정하여 T-분기관에서 플러그류의 분배를 예측하는 간단한 모델을 제안하였다.
