多相流體力學(xué)

1、多相流體力學(xué)多相流體力學(xué)fluid dynamics of multiphase systems研究同種或異種化學(xué)成分物質(zhì)的固-氣、液、-氣、液一液或固一液一氣系 統(tǒng)共同流動(dòng)規(guī)律的學(xué)科?！跋唷保╬hase）可以指不同的熱力學(xué)集態(tài)（固、液、氣 等），也可以指同一集態(tài)下不同的物理性質(zhì)或力學(xué)狀態(tài)（同一地點(diǎn)不同尺寸和速 度或不同材料密度的顆?；驓馀莸龋?。多相流動(dòng)廣泛存在于自然界和工程設(shè)備 中，如含塵埃的大氣和云霧、含沙水流、各種噴霧冷卻、粉末噴涂、血管流、 含固體粉末的火箭尾氣、炮膛內(nèi)火藥顆粒及其燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)等。就大量工程 問題而言，多相流體力學(xué)主要應(yīng)用于粉粒物料的管道輸送、顆粒分離和除塵、 液霧和

2、煤粉懸浮體燃燒及氣化、流化床和流化床燃燒以及鍋爐、反應(yīng)堆、化工、 冶煉及采油等裝置中氣一液流動(dòng)等方面，其目的是節(jié)省管道輸送能量，提高分 離或除塵效率，改善傳熱傳質(zhì)或燃燒中顆粒混合，改善鍋爐中水循環(huán)，提高反 應(yīng)堆冷卻的安全性等。多相流體力學(xué)的研究對(duì)象是探討流場(chǎng)中各個(gè)相的速度、 壓力、溫度、組分濃度、體積分?jǐn)?shù)、相和相之間的相互作用以及各相與壁面間 相互作用，以便弄清其中的動(dòng)量傳遞、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)，甚至電磁效應(yīng) 的規(guī)律。研究?jī)?nèi)容 多相流體力學(xué)主要分成氣-固多相（或兩相）流和氣-液兩相流 兩個(gè)較大的分支。多相流體力學(xué)研究的根本出發(fā)點(diǎn)是建立多相流模型和基本方 程組。在此基礎(chǔ)上分析各相的壓力、速度、

3、溫度、表觀密度和體積分?jǐn)?shù)、氣泡 或顆粒尺寸分布、相間相互作用（如氣泡或顆粒的阻力與傳熱傳質(zhì)）、顆粒湍 流擴(kuò)散、流型、壓力降、截面含氣率、流動(dòng)穩(wěn)定性、流動(dòng)的臨界態(tài)等。+ 多相流體力學(xué)的模型和基本方程組 描述多相流體可用不同的模型。對(duì)各 相尺寸均較大（與流動(dòng)的幾何尺寸相比）的體系，可對(duì)各相內(nèi)部分別運(yùn)用單向 流體力學(xué)的模型寫出其各自的基本方程組。若分散相的尺寸不太大，一般用體 積平均概念，即認(rèn)為各項(xiàng)占據(jù)同一空間并且相互滲透。這種情況下可采取統(tǒng)一 的連續(xù)介質(zhì)模型來描述多相流，其中又可以分成無(wú)相間滑移的單流體模型（這時(shí) 不同的相只看成是流體的不同組合）和有滑移的多流體模型或雙流體模型。按后 一模型，空間

4、各點(diǎn)處每個(gè)相可有其各自不同的速度、體積分?jǐn)?shù)、溫度。對(duì)顆粒 群懸浮體多相流，除上述模型外還有非連續(xù)介質(zhì)的分散群的軌道模型和統(tǒng)計(jì)群 模型。按照有滑移的流體模型，常見的無(wú)化學(xué)反應(yīng)、相間有傳熱傳質(zhì)的湍流多 相流基本方程組為： +- |/- J. L-j. JJ-J k相連續(xù)性方程：& 氣鈕Jk相能量方程（馬赫數(shù)不大時(shí)）：6.65x10芬厘米2k相動(dòng)量方程:氣垃十做航二十隆電Oi!-J -.X _,式中下標(biāo)k表示k相；下標(biāo)m表示多相混合物；下標(biāo)i表示i方向分量；下標(biāo)j 表示坐標(biāo)順序；P、v、嗞、子、p分別為表觀密度、體積和時(shí)間平均速度、體 積分?jǐn)?shù)、材料密度和分壓；f為單位體積中其他各相對(duì)k相的阻力；F為

5、k相單 位質(zhì)量所受的體力；v kiB湍流粘性系數(shù)；。為k相的湍流施密特?cái)?shù);T%k 相溫度；c為k相定壓比熱;S%k相與其他相質(zhì)量交換所造成的物質(zhì)源或匯， 即單位時(shí)間單位體積內(nèi)產(chǎn)生或消失的k相物質(zhì)；入為k相湍流熱導(dǎo)率；Q、Q 分別為k相與其他相以及環(huán)境間的對(duì)流換熱和輻射換熱。k表觀密度和體積分?jǐn)?shù) 多相流單位體積中所含某一相的質(zhì)量稱為該相的 表觀密度。表觀密度Pk和真實(shí)的材料密度子k間的關(guān)系為P嗞k子k,嗞k 為k相體積分?jǐn)?shù)；多相混合物的表觀密度為= g = W *。對(duì)于顆粒群 懸浮體多相流，其表觀密度為P k=nkmk，多相混合物的表觀密度為 *5* =氣+ 5，式中Pg為氣相表觀密度;nk為多

6、相流單位體積 中k種顆粒數(shù)叫為每個(gè)k種顆粒的質(zhì)量，mk=子knd娓/6, dk為k種顆粒直 徑。顆粒群體積分?jǐn)?shù)為呢二習(xí)七/*。嗞p較小時(shí)，例如平均小于0.02%的 液霧或煤粉火焰，稱為稀疏顆粒群。嗞P(guān)較大時(shí)，例如嗞p0.8的流化床或 炮膛中流動(dòng)的火藥粒，可稱為稠密顆粒群。多相流顆粒群尺寸分布尺寸不均勻的顆粒群通常服從羅辛-拉姆勒分布 律，即R = exp（d/度）n）,式中d為顆粒群中任一種的尺寸;R為大于該尺寸 的部分所占相對(duì)重量百分?jǐn)?shù);度和n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，分別反映細(xì)度和不均勻度。顆 粒平均直徑可按直徑、面積或體積取平均。常用的為索特平均直徑，其定義為氐 /，,式中npk、dk分別為k種尺寸組

7、的數(shù)目密度及其直徑。多相流顆粒阻力和傳熱傳質(zhì)顆粒與流體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力為：F=Ap C |v v |(v v )/2,cf d p f p f式中a為顆粒迎風(fēng)截面積；pf為流體密度；vp和vf分別為顆粒和流體速度;Cd 為阻力系數(shù),Cd的半經(jīng)驗(yàn)公式為：Cd=(2+A Repm)12/Rep,式中Re =|v -v Id/v , d為顆粒直徑，vf為流體運(yùn)動(dòng)粘度；A和m為常數(shù)，取 決于不同的Rep。Rep1時(shí)取A=0,上式為斯托克斯阻力公式。Re 1時(shí)取A=3/8 和m=1,上式為奧岑公式。Rep1000時(shí)取A=0.3和m=0.687，為沃利斯公式等。無(wú)相變時(shí)顆粒與流體間傳熱傳質(zhì)可用蘭茲一馬

8、歇耳公式表達(dá)，即藤=Z + C1.騷招.叫躡=-9 + 0.6庖冒矛於， 式中Nu = hd/入為努塞爾特?cái)?shù)川為對(duì)流傳熱系數(shù)，入為分子熱導(dǎo)率；凈=hdd/Dm 為舍伍德數(shù),hd為對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，Dm為分子擴(kuò)散系數(shù)；Pr=ucp/入為普朗特 數(shù)，U為動(dòng)力粘性系數(shù),cp為流體定壓比熱；=v/Dm為施密特?cái)?shù)，v為運(yùn)動(dòng) 粘性系數(shù)。有蒸發(fā)或升華的顆粒，其傳熱律為：NUe = Nu ln(1+B)/B,式中B= (T T)/q,其中Tf為流體溫度；T為顆粒溫度；q為蒸發(fā)熱或升華熱。f p epe多相流顆粒湍流擴(kuò)散 顆粒在流體中除了因時(shí)平均運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的軌道效應(yīng) 外，還有因流體湍流脈動(dòng)而造成的湍流擴(kuò)散(見擴(kuò)散)。

9、流體的湍流粘性越高， 顆粒越小，則顆粒湍流擴(kuò)散系數(shù)越大，并且越接近于流體的湍流擴(kuò)散系數(shù)。反 之，流體湍流粘性越低，顆粒越大，則顆粒湍流擴(kuò)散也越小。為了改善混合， 常常要強(qiáng)化湍流擴(kuò)散。氣液兩相流的流型(或流態(tài))氣液兩相在管道中流動(dòng)時(shí)因壓力、流量、 熱負(fù)荷、流動(dòng)方向、管道幾何特性、工質(zhì)物性等的不同，能形成各種不同的流 型。豎管中最常見的流型(見圖)有：細(xì)小氣泡散布于液相中的氣泡狀流型；管 中心為氣彈及壁附近為連續(xù)液膜的氣彈狀流型；管中心為夾帶細(xì)小液滴的氣核 和壁附近為連續(xù)液膜的環(huán)狀流型；氣相中含細(xì)小液滴和壁附近無(wú)連續(xù)液膜的霧 狀流型。不同的流型有不同的流體動(dòng)力學(xué)和傳熱傳質(zhì)規(guī)律。氣泡狀流型氣彈狀5允

10、型環(huán)狀流型霧狀流槃豎管中的常見氣液兩相流流型氣液兩相流動(dòng)壓力降 兩相流通過管道時(shí)引起的壓差稱為壓力降。氣液兩 相流壓力降有四種：由于氣液兩相摩擦引起的摩擦壓力降；由于克服重位差引 起的重位壓力降；由于兩相流體加速引起的加速壓力降和由于克服管路中各種 局部阻力引起的局部阻力壓力降。摩擦壓力降可按巴羅奇關(guān)系式計(jì)算，即 pf = 2foG2L+笛f蹌 Q/plD,式中fo為液相摩擦阻力系數(shù)；G為質(zhì)量流速;L為計(jì)算管段長(zhǎng)度;D為管道內(nèi)徑； +&田街口為G=1356千克/（米2 秒）時(shí)的兩相折算系數(shù)，可按管道中重量含氣 率x,氣相和液相粘性系數(shù)ug、u1,氣相和液相密度Pg.P1在后面所列參 考書目中查

11、得；Q為G不等于1356千克/（米2 秒）時(shí)對(duì)+嫻影響的修正系數(shù), 也和 G、ug、u1、Pg、P 1 有關(guān)。重位壓力降可按下式計(jì)算：ApG=apg+（1- a）P1gLsin。， 式中a為管段平均截面含氣率；g為重力加速度為含氣段長(zhǎng)度；。為管段和 水平方向間傾角。e /(“演打華=。氣1-&)7(1-加+工加速壓力降可按下式計(jì)算:-相仰-誑)如式中Xi及xe分別為管段進(jìn)口及出口處重量含氣率;ai和ae分別為管段進(jìn)口 及出口處截面含氣率。突擴(kuò)管道引起的局部阻力壓力降可按羅米關(guān)系式計(jì)算，即他= G0/(A 也)1-/也(1-虹/(1-乩)式中A1及A2分別為小管道及大管道截面積。設(shè)計(jì)有兩相流動(dòng)的

12、設(shè)備時(shí)，必須計(jì)算兩相流的壓力降以便確定所需動(dòng)力， 保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。氣液兩相流截面含氣率 氣液兩相任意流通截面中氣相截面所占總流通 截面積的份額稱為截面含氣率。它是計(jì)算重位壓力降和加速壓力降等的必不可 少的參量?？捎眠m合于各種介質(zhì)的休馬克關(guān)系式表示為：a=KB，式中a為截面含氣率；B為容積含氣率；K為比例系數(shù)，K=f(z)，而z=DG/(1-a)H+aug憧W 2/(gD)劫(1-B)慷，式中叩為雙相混合物流速。當(dāng)z10 時(shí)，K=0.75545+0.003585z-0.1436X10-4z2。氣液兩相流動(dòng)穩(wěn)定性氣液兩相流受湍流干擾或其他干擾，其流動(dòng)參量總 是隨時(shí)間略有變化，凡其時(shí)平均運(yùn)動(dòng)

13、不隨時(shí)間變化的可稱為穩(wěn)定流動(dòng)，反之則 稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。兩相流動(dòng)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，持續(xù)的不穩(wěn)定兩相流常 常使部件振動(dòng)，影響傳熱，并引起金屬疲勞而使設(shè)備提前損壞。流動(dòng)不穩(wěn)定性 的機(jī)理目前還不大清楚，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以找出其預(yù)測(cè)及防范措施。氣液兩相臨界流動(dòng) 氣液兩相流從一容器通過管道排出時(shí)，對(duì)應(yīng)于容器內(nèi) 的壓力和重量含氣率有一個(gè)可能的最大流量，稱為臨界流量。發(fā)生臨界流量的 工況稱為臨界流動(dòng)。短管中雙組分氣流兩相臨界流量Gc可按下列均質(zhì)流模型的 公式計(jì)算：Gc=x(vgc/ag)2+(1-x)(v1c/a1)2慷，式中X為重量含氣率；vgc和vic分別為氣相和液相比容；ag和al分別為氣 相和液相的聲

14、速。臨界流動(dòng)問題對(duì)研究管道最大排放量是重要的。研究方法主要有半經(jīng)驗(yàn)物理模型和統(tǒng)觀實(shí)驗(yàn)法，數(shù)學(xué)模型及數(shù)值計(jì)算 法，局部場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)量測(cè)法等。半經(jīng)驗(yàn)物理模型和統(tǒng)觀實(shí)驗(yàn)法半經(jīng)驗(yàn)物理模型指以實(shí)驗(yàn)觀測(cè)為基礎(chǔ)對(duì) 多相流的流動(dòng)形態(tài)作出半經(jīng)驗(yàn)性的簡(jiǎn)化假設(shè)以便進(jìn)行簡(jiǎn)化分析計(jì)算，如假定多 相流為一維柱塞流(plug flow )等。統(tǒng)觀實(shí)驗(yàn)法指只研究外部參量變化規(guī)律， 例如多相流在管道中的阻力或平均傳熱量與流速間的關(guān)系、平均的體積分?jǐn)?shù)等， 不研究多相流中各種變量的場(chǎng)分布規(guī)律。數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算法對(duì)多相流基本方程組中各個(gè)湍流輸運(yùn)項(xiàng)、相間相 互作用項(xiàng)和源項(xiàng)的物理規(guī)律以實(shí)驗(yàn)或公設(shè)為基礎(chǔ)提出一定的表達(dá)式，使聯(lián)立的 方程組封閉

15、，能夠求解，這就是建立數(shù)學(xué)模型。聯(lián)立的非線性偏微分方程組只 能用數(shù)值法，如有限差分方法或有限元法求解。已經(jīng)制定了二維和三維多相湍 流流動(dòng)計(jì)算程序軟件，可以初步用于計(jì)算旋風(fēng)除塵器、煤粉燃燒室和氣化室、 液霧燃燒室、反應(yīng)堆中水-汽系統(tǒng)以及炮膛中氣-固或氣-液各相中的壓力、速 度、溫度、體積分?jǐn)?shù)等的分布。目前，正在研制用于工程中最優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件。實(shí)驗(yàn)量測(cè)法 研究多相流的流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)等規(guī)律時(shí)，觀 測(cè)其流型，測(cè)量各相的速度、流量、尺寸、濃度、體積分?jǐn)?shù)或含氣率、溫度分 布等十分重要。觀測(cè)流型常常用高速攝影、全息照相和電測(cè)法等。測(cè)量顆粒尺 寸分布可用印痕或溶液捕獲法、光學(xué)或激光散射法、激光全

16、息術(shù)、激光多普勒 法(LDV法)等。測(cè)量流量、速度、濃度、重量含氣率分布等可以用LDV法、 取樣探針、電探針、光導(dǎo)纖維探針、分離器法等。測(cè)量平均截面含氣率可用放 射性同位素法、Y射線法、分離器法等。參考書目S.L.Soo, Fluid Dynamics of Multiphase Systems,Blaisdell Pub. Waltham, Massachusetts,1967.G. F. Hewitt， Measurement of Two-phase Flow Parameters,Academic Press, London, 1978.G.Hetsroni,ed., Handbook

17、 of Multiphase Systems,Hemisphere Pub.Corp.,Washington,1982.D. B. Spalding , Numerical Computations of Multiphase Flows， Imp.Coll.Sci.Tech. HTS/81/8，London,1981.多相流體力學(xué)multiphase systems， fluid dynamics of研究同種或異種化學(xué)成分物質(zhì)的固-氣、液-氣、固-液或固-液-氣系統(tǒng)共 同流動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。流體力學(xué)的一個(gè)分支?！跋唷笨芍覆煌臒崃W(xué)集態(tài)（如 固、液、氣等不同物態(tài)），也可指同一集態(tài)下不同的物理性

18、質(zhì)或力學(xué)狀態(tài)（如 同一地點(diǎn)不同尺寸和速度或不同材料密度的顆粒或氣泡等）。多相流的流場(chǎng)需 用兩組或兩組以上流體力學(xué)和熱力學(xué)參量（如速度、壓強(qiáng)、溫度、質(zhì)量和組分 濃度等）來描述。只需用兩組參量描述的混合物流動(dòng)稱兩相流動(dòng)，常見的有氣- 液流動(dòng)、氣-固流動(dòng)和液-固流動(dòng)。研究?jī)?nèi)容多相流體力學(xué)的研究對(duì)象是探討流場(chǎng)中各相的速度、壓強(qiáng)、溫度 組分濃度、體積分?jǐn)?shù)、相間的相互作用以及各相與壁面間的相互作用，以便弄 清其中的動(dòng)量傳遞、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)，甚至電磁效應(yīng)的規(guī)律。多相流體力學(xué)研究的根本出發(fā)點(diǎn)是建立多相流模型和基本方程組。在此基 礎(chǔ)上分析各相的壓強(qiáng)、速度、溫度、表觀密度和體積分?jǐn)?shù)、氣泡或顆粒尺寸分 布、相

19、間相互作用（如氣泡或顆粒的阻力與傳熱傳質(zhì)）、顆粒湍流擴(kuò)散、流型、 壓力降（兩相流通過管道時(shí)引起的壓差）、截面含氣率、流動(dòng)穩(wěn)定性、流動(dòng)的 臨界態(tài)等。描述多相流體可用不同的模型。對(duì)各相尺寸均較大（與流動(dòng)的幾何 尺寸相比）的體系，可對(duì)各相內(nèi)部分別運(yùn)用單相流體力學(xué)模型寫出各自的基本 方程組。若分散相的尺寸不太大，一般用體積平均概念，即認(rèn)為各相占據(jù)同一 空間并相互滲透。這種情況下，可采取統(tǒng)一的連續(xù)介質(zhì)模型描述多相流，其中 又可分為無(wú)相間滑移的單流體模型（這時(shí)不同的相只看成是流體的不同組分） 和有滑移的多流體模型或雙流體模型。按后一模型，空間各點(diǎn)處每一相可有其 各自不同的速度、體積分?jǐn)?shù)和溫度。對(duì)顆粒群懸浮

20、體多相流，除上述模型外還 有非連續(xù)介質(zhì)的分散群的軌道模型和統(tǒng)計(jì)群模型。氣-液流動(dòng)氣體和液體混合物的兩相流動(dòng)體系。通常分為單成分兩相流和 雙成分兩相流。前者是具有相同化學(xué)成分的同質(zhì)異態(tài)兩相流，如水和蒸汽兩相 流；后者是具有不同化學(xué)成分的異質(zhì)異態(tài)兩相流，如水和空氣兩相流。氣-液 流動(dòng)包括摻有氣泡的液體流動(dòng)和帶有液滴的氣體流動(dòng)，如摻氣水流和含霧滴的 大氣流動(dòng)等。氣-液流動(dòng)因管道壓力、流量、熱負(fù)荷、流向、工質(zhì)物性等的 不同，可形成各種不同流型。豎管中最常見的流型（見圖）有：細(xì)小氣泡散布 于液相中的氣泡狀流型；管中心為氣彈、壁附近為連續(xù)液膜的氣彈狀流型；管 中心為夾帶細(xì)小液滴的氣核和壁附近為連續(xù)液膜的環(huán)

21、狀流型；氣相中含細(xì)小液 滴和壁附近無(wú)連續(xù)液膜的霧狀流型。不同的流型有不同的流體動(dòng)力學(xué)和傳熱傳 質(zhì)規(guī)律。對(duì)流型的分析方法，目前工程上應(yīng)用較多的有均相流模型和分相流模 型，前者適用于較均勻的氣泡狀流，后者用于有明顯分界面的層狀流。氣-液 兩相流通過管道引起的壓差稱為壓力降。在任意通流截面上，氣相在兩相混合 物中所占的截面分?jǐn)?shù)稱為空隙率，它是計(jì)算重位壓力降和加速壓力降必不可少 的參量。設(shè)計(jì)中，必須計(jì)算氣-液兩相流的壓力降以確定所需動(dòng)力，保證設(shè)備 安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。氣泡狀流型 氣建亦虎梨 耳狀流犁霧林流型豎管中常見的氣-液兩相流流型液-固流動(dòng) 液體和固體顆粒混合物的兩相流動(dòng)體系。流動(dòng)中，固體顆粒在 液體

22、和重力作用下，可發(fā)生懸浮、擴(kuò)散、遷移和沉積等基本動(dòng)力過程。按顆粒 容積率（顆粒群的容積占多相流總?cè)莘e的分額）jp和液體容積率jL的相 對(duì)大小，液-固流動(dòng)可分為沉積流（jpjL）、滲流（jpjL）和混漿流（jpjL）。 沉積流研究的是較低流速下固體顆粒的輸運(yùn)和堆積問題。滲流研究的是顆粒流 態(tài)化前流體流經(jīng)多孔介質(zhì)的問題。混漿流研究的是泥漿流、煤漿流、紙漿流、 纖維懸浮物等的混合物流動(dòng)問題。在各種物料的水力輸送、地下采油等過程中 常遇到這類流動(dòng)。氣-固流動(dòng) 氣體和固體顆?；旌衔锏膬上嗔鲃?dòng)體系。其基本動(dòng)力過程和現(xiàn) 象與液-固流動(dòng)相同，只是連續(xù)相（氣體）的密度不大。風(fēng)中沙、雪的運(yùn)動(dòng)、粉 粒狀物料經(jīng)管道的

23、氣力輸送，以及固體顆粒的分離、粉狀燃料的燃燒和噴涂等 都是氣-固流動(dòng)的實(shí)例。固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、氣-固流化床中則涉及具有更為 復(fù)雜的物理、化學(xué)過程的氣-固流動(dòng)。氣-固流動(dòng)和液-固流動(dòng)合稱流-固流動(dòng)。在這類流動(dòng)中，通常是微小顆粒 （包括固體顆粒、液滴和氣泡）分散于連續(xù)介質(zhì)的流體中，所以常把顆粒相稱 為分散相，而把液體相稱為連續(xù)相。流體中含有顆粒相后，其抽度、阻力系數(shù)、 傳熱系數(shù)和聲速等與單相流顯著不同，通?？捎煤暧^的連續(xù)介質(zhì)理論和微觀的 分子運(yùn)動(dòng)論分析這類問題。顆粒在流體中除了因時(shí)均運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的軌道效應(yīng)外， 還有因流體湍流脈動(dòng)而造成的湍流擴(kuò)散。流體的湍流粘性越高，顆粒越小，則顆粒湍流擴(kuò)散系數(shù)越大，

24、并且越接近于流體的湍流擴(kuò)散系數(shù)。為了改善混合， 常要強(qiáng)化湍流擴(kuò)散。應(yīng)用多相流動(dòng)廣泛存在于自然界和工程設(shè)備中，如含塵埃的大氣和云霧、 含沙水流、各種噴霧冷卻、粉末噴涂、血管流、含固體粉末的火箭尾氣、炮 膛內(nèi)火藥顆粒及其燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)等。就大量工程問題而言，多相流體力學(xué)主 要應(yīng)用于粉粒物料的管道輸送、顆粒分離和除塵、液霧和煤粉懸浮體的燃燒和 氣化、流化床和流化床燃燒以及鍋爐、反應(yīng)堆、化工、冶煉和采油等裝置中的 氣-液流動(dòng)等方面，其目的是節(jié)省管道輸送能量，提高分離或除塵效率，改善 傳熱傳質(zhì)或燃燒中顆粒混合，改善鍋爐的水循環(huán)，提高反應(yīng)堆冷卻的安全性等。編輯補(bǔ)充多相流體力學(xué)multiphase syst

25、ems， fluid dynamics of研究同種或異種化學(xué)成分物質(zhì)的固-氣、液-氣、固-液或固-液-氣系統(tǒng)共 同流動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。流體力學(xué)的一個(gè)分支?！跋唷笨芍覆煌臒崃W(xué)集態(tài)（如 固、液、氣等不同物態(tài)），也可指同一集態(tài)下不同的物理性質(zhì)或力學(xué)狀態(tài)（如 同一地點(diǎn)不同尺寸和速度或不同材料密度的顆?；驓馀莸龋６嘞嗔鞯牧鲌?chǎng)需 用兩組或兩組以上流體力學(xué)和熱力學(xué)參量（如速度、壓強(qiáng)、溫度、質(zhì)量和組分 濃度等）來描述。只需用兩組參量描述的混合物流動(dòng)稱兩相流動(dòng)，常見的有氣- 液流動(dòng)、氣-固流動(dòng)和液-固流動(dòng)。研究?jī)?nèi)容多相流體力學(xué)的研究對(duì)象是探討流場(chǎng)中各相的速度、壓強(qiáng)、溫度、 組分濃度、體積分?jǐn)?shù)、相間的相互作用

26、以及各相與壁面間的相互作用，以便弄 清其中的動(dòng)量傳遞、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)，甚至電磁效應(yīng)的規(guī)律。多相流體力學(xué)研究的根本出發(fā)點(diǎn)是建立多相流模型和基本方程組。在此基 礎(chǔ)上分析各相的壓強(qiáng)、速度、溫度、表觀密度和體積分?jǐn)?shù)、氣泡或顆粒尺寸分 布、相間相互作用（如氣泡或顆粒的阻力與傳熱傳質(zhì)）、顆粒湍流擴(kuò)散、流型、 壓力降（兩相流通過管道時(shí)引起的壓差）、截面含氣率、流動(dòng)穩(wěn)定性、流動(dòng)的 臨界態(tài)等。描述多相流體可用不同的模型。對(duì)各相尺寸均較大（與流動(dòng)的幾何 尺寸相比）的體系，可對(duì)各相內(nèi)部分別運(yùn)用單相流體力學(xué)模型寫出各自的基本 方程組。若分散相的尺寸不太大，一般用體積平均概念，即認(rèn)為各相占據(jù)同一 空間并相互滲透。

27、這種情況下，可采取統(tǒng)一的連續(xù)介質(zhì)模型描述多相流，其中 又可分為無(wú)相間滑移的單流體模型（這時(shí)不同的相只看成是流體的不同組分） 和有滑移的多流體模型或雙流體模型。按后一模型，空間各點(diǎn)處每一相可有其 各自不同的速度、體積分?jǐn)?shù)和溫度。對(duì)顆粒群懸浮體多相流，除上述模型外還 有非連續(xù)介質(zhì)的分散群的軌道模型和統(tǒng)計(jì)群模型。氣-液流動(dòng)氣體和液體混合物的兩相流動(dòng)體系。通常分為單成分兩相流和 雙成分兩相流。前者是具有相同化學(xué)成分的同質(zhì)異態(tài)兩相流，如水和蒸汽兩相 流；后者是具有不同化學(xué)成分的異質(zhì)異態(tài)兩相流，如水和空氣兩相流。氣-液 流動(dòng)包括摻有氣泡的液體流動(dòng)和帶有液滴的氣體流動(dòng)，如摻氣水流和含霧滴的 大氣流動(dòng)等。氣-

28、液流動(dòng)因管道壓力、流量、熱負(fù)荷、流向、工質(zhì)物性等的 不同，可形成各種不同流型。豎管中最常見的流型（見圖）有：細(xì)小氣泡散布 于液相中的氣泡狀流型；管中心為氣彈、壁附近為連續(xù)液膜的氣彈狀流型；管 中心為去帶細(xì)小液滴的氣核和壁附近為連續(xù)液膜的環(huán)狀流型；氣相中含細(xì)小液 滴和壁附近無(wú)連續(xù)液膜的霧狀流型。不同的流型有不同的流體動(dòng)力學(xué)和傳熱傳 質(zhì)規(guī)律。對(duì)流型的分析方法，目前工程上應(yīng)用較多的有均相流模型和分相流模 型，前者適用于較均勻的氣泡狀流，后者用于有明顯分界面的層狀流。氣-液 兩相流通過管道引起的壓差稱為壓力降。在任意通流截面上，氣相在兩相混合 物中所占的截面分?jǐn)?shù)稱為空隙率，它是計(jì)算重位壓力降和加速壓力降必不可少 的參量。設(shè)計(jì)中，必須計(jì)算氣-液兩相流的壓力降以確定所需動(dòng)力，保證設(shè)