兩相流、多相流

《兩相流、多相流》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、兩相流的概念及類型兩相物質(至少一相為流體)所組成的流動系統(tǒng)。若流動系統(tǒng)中物質的相態(tài)多于兩個，則稱為多相流，兩相或多相流是化工生產中為完成相際傳質和反應過程所涉及的最普遍的粘性流體流動。通常根據構成系統(tǒng)的相態(tài)分為氣液系、液液系、液固系、氣固系等。氣相和液相可以以連續(xù)相形式出現(xiàn)，如氣體-液膜系統(tǒng)；也可以以離散的形式出現(xiàn),如氣泡-液體系統(tǒng)，液滴-液體系統(tǒng)。固相通常以顆?；驁F塊的形式處于兩相流中?！上嗔鞯牧鲃有螒B(tài)有多種。除了同單相流動那樣區(qū)分為層流和湍流外，還可以依據兩相相對含量（常稱為相比）、相界面的分布特性、運動速度、流

2、場幾何條件（管內、多孔板上、沿壁面等）劃分流動形態(tài)。對于管內氣液系統(tǒng)，隨兩相速度的變化，可產生氣泡流、塞狀流、層狀流、波狀流、沖擊流、環(huán)狀流、霧狀流等形態(tài)；對于多孔板上氣液系可以產生自由分散的氣泡、蜂窩狀泡沫、活動泡沫、噴霧等形態(tài)。兩相流研究的一個基本課題是判斷流動形態(tài)及其相互轉變。流動形態(tài)不同，則熱量傳遞和質量傳遞的機理和影響因素也不同。例如多孔板上氣液兩相處于鼓泡狀態(tài)時，正系統(tǒng)混合物（濃度增加時表面張力減低）的板效率(見級效率)高于負系統(tǒng)混合物（濃度增加時表面張力增加）；而噴射狀態(tài)下恰好相反。兩相流研究的另一個基本課

3、題，是關于分散相在連續(xù)相中的運動規(guī)律及其對傳遞和反應過程的影響。當分散相液滴或氣泡時，有很多特點。例如液滴和氣泡在運動中會變形，在液滴或氣泡內出現(xiàn)環(huán)流，界面上有波動，表面張力梯度會造成復雜的表面運動等。這些都會影響傳質通量，進而影響設備的性能。兩相流研究的課題，還有兩相流系統(tǒng)的摩擦阻力，系統(tǒng)的振蕩和穩(wěn)定性等。兩相流研究模型兩相流的理論分析比單相流困難得多，描述兩相流的通用微分方程組至今尚未建立。大量理論工作采用的是兩類簡化模型：①均相模型。將兩相介質看成是一種混合得非常均勻的混合物，假定處理單相流動的概念和方法仍然適用于

4、兩相流，但須對它的物理性質及傳遞性質作合理的假定；②分相模型。認為單相流的概念和方法可分別用于兩相系統(tǒng)的各個相，同時考慮兩相之間的相互作用。兩種模型的應用都還存在不少困難，但在計算技術發(fā)展的推動下頗有進展?！怏w和液體混合物的兩相流動體系。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成分的同質異態(tài)兩相流，如水和蒸汽兩相流；后者是具有不同化學成分的異質異態(tài)兩相流，如水和空氣兩相流。氣-液流動包括摻有氣泡的液體流動和帶有液滴的氣體流動，如摻氣水流和含霧滴的大氣流動等。氣-液流動因管道壓力、流量、熱負荷、流向、工質物

5、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；氣相中含細小液滴和壁附近無連續(xù)液膜的霧狀流型。不同的流型有不同的流體動力學和傳熱傳質規(guī)律。對流型的分析方法，目前工程上應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數(shù)稱為空隙率，它是計算重位壓

6、力降和加速壓力降必不可少的參量。設計中，必須計算氣-液兩相流的壓力降以確定所需動力，保證設備安全經濟地運轉。**好東西**兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動稱為兩相流；其中含有多種尺寸組顆粒群為一個“相”，氣體或液體為另一“相”，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。兩相流的研究：對兩相流的研究有兩種不同的觀點：一是把流體作為連續(xù)介質，而把顆粒群作為離散體系；而另一是除了把流體作為連續(xù)介質外，還把顆粒群當作擬連續(xù)介質或擬流體。引入兩種坐標系：即拉格朗日坐標和歐拉坐標，以變形前的初始坐標為自變量稱為

7、拉格朗日Langrangian坐標或物質坐標；以變形后瞬時坐標為自變量稱為歐拉Eulerian坐標或空間坐標。離散相模型（DPM）FLUENT在求解連續(xù)相的輸運方程的同時，在拉格朗日坐標下模擬流場中離散相的第二相；離散相模型解決的問題：煤粉燃燒、顆粒分離、噴霧干燥、液體燃料的燃燒等；應用范圍：FLUENT中的離散相模型假定第二相體積分數(shù)一般說來要小于10-12%（但顆粒質量承載率可以大于10-12%，即可模擬離散相質量流率等/大于連續(xù)相的流動）；不適用于模擬在連續(xù)相中無限期懸浮的顆粒流問題，包括：攪拌釜、流化床等；顆粒-

8、顆粒之間的相互作用、顆粒體積分數(shù)對連續(xù)相的影響未考慮；湍流中顆粒處理的兩種模型：StochasticTracking，應用隨機方法來考慮瞬時湍流速度對顆粒軌道的影響；CloudTracking，運用統(tǒng)計方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴散。通過計算顆粒的系統(tǒng)平均運動方程得到顆粒的某個“平均軌道”多相流模型FLUE