第三章 多相流及其测量方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、多相流的引入
单相流与多相流：
来自百度文库
在物理学中物质有固、液、气和等离子四态或四相，若不计电磁特性，也可把等
离子相并入气相类。
单相流：单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气体或液体的流动也
属于单相流。
多相流：同时存在两种及两种以上相态的物质混合体流动就是两相或多相流。
在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形
8
3.2 常见的多相流的分类及特点
在气体动力学中，通常认为/S<0.01时，连续性假设才使用 （其中为气体分子平均自由行程，S为流动系统的特征尺寸， 在两相流动中，由于颗粒的布朗运动较弱，可以认为 L/S<0.01，其中L为颗粒质心间的距离。
例：管道输送煤粉，已知颗粒间距为10-3m,试求拟流体假设成 立的最小管道直径。
第三章 多相流及其测量方法
主要内容如下：
一、了解多相流的概念 二、熟悉工业中常见的两相及多相流的分类及特点 三、了解多相流的基本特性参数 四、熟悉水平管中两相流的主要流型 五、了解两相流的主要参数测量方法
1
3.1 多相流的概念
1、相的概念
物理学:自然界中物质的态，如固态、液态和气态；
热力学：物体中每一个均匀部分，可以有固相、液相和气相，统称单相物体；
6
3.2 常见的多相流的分类及特点
引入拟流体假设后，气固两相流动就如同两种流体混合物的流动，可以用流体力 学、热力学的方法来处理的问题，使两相流动的研究大为简化。 但拟流体并不是真正的流体，颗粒与气体分子之间、两相流与连续介质流之间存 在许多差异，因此使用拟流体假设时要特别注意适用条件： （1）气体分子与悬浮颗粒主要差异在于气体分子之间有很强的相互作用，而颗粒 间的相互作用很弱； （2）气体的v，其T；v时，其T ，悬浮于气体中的颗粒只能在气体粘性力 作用才能运动，而颗粒T不随颗粒v变化； （3）气体分子热运动能贡献压强，但颗粒布朗运动所贡献压强非常微小； （4） 气体中扰动通过压强波（分子间相互作用）传播，而颗粒中扰动只能沿着 颗粒轨线传播； （5）气体能膨胀、压缩，其比热可分为定压比热和定容比热，但固体颗粒只有 一个比热； 处理颗粒相运动时，某些方面把其看作流体一样，但另一些方面则必须考虑颗粒 相本身的特点。
4
3.2 常见的多相流的分类及特点
（1）气液两相流 气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又分为 单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相同的化学 成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生相变，即部分液 体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体；
双组分工质(如空气-水气液两相流)：两相各 具有不同的化学成分，气液两相流一般在流动 中不会发生相变。
7
3.2 常见的多相流的分类及特点
根据拟流体假设，颗粒相的密度可以和连续介质的密度一样定义：
对于气体，为了得到统计平均值波动小于1%，极限容积中应包含104个气体分子。 标准状态下包含104个气体分子的容积是0.1um3。对于实际工程应用，这个尺寸比 气体流动系统的特征尺寸小得多，可以把这个容积看成一个点，因此气体可以看 成是连续介质。 对于两相流，以悬浮于空气中煤粉颗粒为例，气固比为1时包含104个颗粒的立方 体的边长与颗粒直径之比为102，如果煤粉颗粒直径为100um，则立方体的边长为 1cm，这个容积比标准状态下的气体极限容积大得多。但如果流动系统特征尺寸 远大于这个尺寸，仍可把该容积看成一个点，及把颗粒视为连续介质。
状等来区分，即不同的化学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同
的相。
2
3.1 多相流及特性介绍
在两相流研究中，把物质分为连续介质和离散介质。 连续相或流体相：气体和液体属于连续介质 分散相或颗粒相：固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质
流体相和颗粒相组成的流动叫做两相流动。 颗粒相可以是不同物态、不同化学组成，不同尺寸或不同形状的颗粒， 有时也把这样的两相流称为多相流。
两相流流动可以是同一方向流动的“同向流动”，也可能在相反方向的“反向 流动”，及介乎两种流动之间的流动，如气液两相流中液相平均流速为零，或 液相的平均速度与气相速度垂直的流动。
3
3.2 常见的多相流的分类及特点
1、常见的两相及多相流
（1）气液两相流； （2）气固两相流 ； （3）液固两相流 ； （4）液液两相流 ； （5）气液液、气液固和液液固多相流 。
动力学：动力学性质相近的一群物体，一种物态可能单相，也可能多相，通 常是指具有相同成份和相同物理、化学性质的均匀物质部分，也应是物质的 单一状态，如固态、液态和气态，各部分均匀的气体或液体流动可称为单相 流；
在多相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般而言，各相间有明显 可分的界面。多相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显可流动分 界面的混合物流动力学关系的特殊流动问题。
根据换热情况不同，可分为与外界无加热或 冷却等热量交换绝热多相流或有热量交换的多 相流。
5
3.2 常见的多相流的分类及特点
（2）气固两相流 气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 自然界和工业过程中气固两相流比比皆是：空气中夹带灰粒与尘土、沙漠 风沙、飞雪、冰雹，在动力、能源、冶金、建材、粮食加工和化工工业中 广泛应用的气力输送、气流干燥、煤粉燃烧、石油的催化裂化、矿物的流 态化焙烧、气力浮选、流态化等过程或技术。 拟流体假设： 严格地说，固体颗粒没有流动性，不能作流体处理。但当流 体中存在大量固体小粒子流时，如果流体的流动速度足够大，这些固体粒 子的特性与普通流体相类似，即可以认为这些固体颗粒为拟流体，在适当 的条件下当作流体流动来处理。 在流体力学中，尽管流体分子间有间隙，但人们总是把流体看着是充满整 个空间没有间隙的连续介质。由于两相流动研究的不是单个颗粒的运动特 性，而是大量颗粒的统计平均特性，虽然颗粒的数密度 ( 单位混合物体积 中的颗粒数 ) 比单位体积中流体分子数少得多 ( 在标准状态下，每cm3体 积中气体分子数为 2.7×1019 个 ) ，但当悬浮颗粒较多时，人们仍可设想 离散分布于流体中颗粒是充满整个空间而没有间隙的流体。
单相流与多相流：
来自百度文库
在物理学中物质有固、液、气和等离子四态或四相，若不计电磁特性，也可把等
离子相并入气相类。
单相流：单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气体或液体的流动也
属于单相流。
多相流：同时存在两种及两种以上相态的物质混合体流动就是两相或多相流。
在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形
8
3.2 常见的多相流的分类及特点
在气体动力学中，通常认为/S<0.01时，连续性假设才使用 （其中为气体分子平均自由行程，S为流动系统的特征尺寸， 在两相流动中，由于颗粒的布朗运动较弱，可以认为 L/S<0.01，其中L为颗粒质心间的距离。
例：管道输送煤粉，已知颗粒间距为10-3m,试求拟流体假设成 立的最小管道直径。
第三章 多相流及其测量方法
主要内容如下：
一、了解多相流的概念 二、熟悉工业中常见的两相及多相流的分类及特点 三、了解多相流的基本特性参数 四、熟悉水平管中两相流的主要流型 五、了解两相流的主要参数测量方法
1
3.1 多相流的概念
1、相的概念
物理学:自然界中物质的态，如固态、液态和气态；
热力学：物体中每一个均匀部分，可以有固相、液相和气相，统称单相物体；
6
3.2 常见的多相流的分类及特点
引入拟流体假设后，气固两相流动就如同两种流体混合物的流动，可以用流体力 学、热力学的方法来处理的问题，使两相流动的研究大为简化。 但拟流体并不是真正的流体，颗粒与气体分子之间、两相流与连续介质流之间存 在许多差异，因此使用拟流体假设时要特别注意适用条件： （1）气体分子与悬浮颗粒主要差异在于气体分子之间有很强的相互作用，而颗粒 间的相互作用很弱； （2）气体的v，其T；v时，其T ，悬浮于气体中的颗粒只能在气体粘性力 作用才能运动，而颗粒T不随颗粒v变化； （3）气体分子热运动能贡献压强，但颗粒布朗运动所贡献压强非常微小； （4） 气体中扰动通过压强波（分子间相互作用）传播，而颗粒中扰动只能沿着 颗粒轨线传播； （5）气体能膨胀、压缩，其比热可分为定压比热和定容比热，但固体颗粒只有 一个比热； 处理颗粒相运动时，某些方面把其看作流体一样，但另一些方面则必须考虑颗粒 相本身的特点。
4
3.2 常见的多相流的分类及特点
（1）气液两相流 气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又分为 单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相同的化学 成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生相变，即部分液 体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体；
双组分工质(如空气-水气液两相流)：两相各 具有不同的化学成分，气液两相流一般在流动 中不会发生相变。
7
3.2 常见的多相流的分类及特点
根据拟流体假设，颗粒相的密度可以和连续介质的密度一样定义：
对于气体，为了得到统计平均值波动小于1%，极限容积中应包含104个气体分子。 标准状态下包含104个气体分子的容积是0.1um3。对于实际工程应用，这个尺寸比 气体流动系统的特征尺寸小得多，可以把这个容积看成一个点，因此气体可以看 成是连续介质。 对于两相流，以悬浮于空气中煤粉颗粒为例，气固比为1时包含104个颗粒的立方 体的边长与颗粒直径之比为102，如果煤粉颗粒直径为100um，则立方体的边长为 1cm，这个容积比标准状态下的气体极限容积大得多。但如果流动系统特征尺寸 远大于这个尺寸，仍可把该容积看成一个点，及把颗粒视为连续介质。
状等来区分，即不同的化学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同
的相。
2
3.1 多相流及特性介绍
在两相流研究中，把物质分为连续介质和离散介质。 连续相或流体相：气体和液体属于连续介质 分散相或颗粒相：固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质
流体相和颗粒相组成的流动叫做两相流动。 颗粒相可以是不同物态、不同化学组成，不同尺寸或不同形状的颗粒， 有时也把这样的两相流称为多相流。
两相流流动可以是同一方向流动的“同向流动”，也可能在相反方向的“反向 流动”，及介乎两种流动之间的流动，如气液两相流中液相平均流速为零，或 液相的平均速度与气相速度垂直的流动。
3
3.2 常见的多相流的分类及特点
1、常见的两相及多相流
（1）气液两相流； （2）气固两相流 ； （3）液固两相流 ； （4）液液两相流 ； （5）气液液、气液固和液液固多相流 。
动力学：动力学性质相近的一群物体，一种物态可能单相，也可能多相，通 常是指具有相同成份和相同物理、化学性质的均匀物质部分，也应是物质的 单一状态，如固态、液态和气态，各部分均匀的气体或液体流动可称为单相 流；
在多相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般而言，各相间有明显 可分的界面。多相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显可流动分 界面的混合物流动力学关系的特殊流动问题。
根据换热情况不同，可分为与外界无加热或 冷却等热量交换绝热多相流或有热量交换的多 相流。
5
3.2 常见的多相流的分类及特点
（2）气固两相流 气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 自然界和工业过程中气固两相流比比皆是：空气中夹带灰粒与尘土、沙漠 风沙、飞雪、冰雹，在动力、能源、冶金、建材、粮食加工和化工工业中 广泛应用的气力输送、气流干燥、煤粉燃烧、石油的催化裂化、矿物的流 态化焙烧、气力浮选、流态化等过程或技术。 拟流体假设： 严格地说，固体颗粒没有流动性，不能作流体处理。但当流 体中存在大量固体小粒子流时，如果流体的流动速度足够大，这些固体粒 子的特性与普通流体相类似，即可以认为这些固体颗粒为拟流体，在适当 的条件下当作流体流动来处理。 在流体力学中，尽管流体分子间有间隙，但人们总是把流体看着是充满整 个空间没有间隙的连续介质。由于两相流动研究的不是单个颗粒的运动特 性，而是大量颗粒的统计平均特性，虽然颗粒的数密度 ( 单位混合物体积 中的颗粒数 ) 比单位体积中流体分子数少得多 ( 在标准状态下，每cm3体 积中气体分子数为 2.7×1019 个 ) ，但当悬浮颗粒较多时，人们仍可设想 离散分布于流体中颗粒是充满整个空间而没有间隙的流体。