两相流、多相流
两相流的一些介绍
>Viscous
设置：K-ε 模型
原因：Spalart-Allmaras 机翼上
的超音速、跨音速流动 ，边界 层流动等
k-ε模型应用广泛用于 可压缩， 浮力，燃烧等。多相流动动量 方程中所模拟的项数是非常大 的，这使得多相流模拟中的紊 流模型非常复杂。这一模型可 以满足。
k-ω模型对于有压力梯度的大范 围边界层流动航天和涡轮机械 领域
9.putch设置
水的体积分数
初始化补充，此项设置为补充两相流的初始化，不经 过此项补充在计算时会默认为单项。
三.结果分析
因为网格形状及其质量对两相流的计算收敛性 影响非常大，所以在计算时，我们采用了两套 网格进行计算即六面体网格和四面体网格，然 后比较计算结果。在两相流计算过程中有主相 和第二相的设置区别，为了考察两种设置的关 系，我进行了水是第二相及空气是第二相的两 种设定计算。
质量守恒 对比
Inlet
四面体网格 166770.31 水为第二相
四面体网格 空气为第二 相
六面体网格 水为第二相
166770.63 166757.72
六面体网格
空气为第二 相
166757.8
outlet
166770.34 166770.78
166757.41 166757.02
net
0.03125 -0.15625
适合于流动中有相混合
或分离，或者分散相的
volume fraction 超过 10%
两相之间没有滑移速度，因为这个
过程是两相流是静止不动的，物体 一定速度冲入两相中。
的情形。（流动 中分散 相的volume fraction 小于 或等于 10%时可使用离
两相流数值模拟(第3讲)-两相流数值模拟的难点0420
同时，必须增加两相交界面上的动量控制方程和热、质传输的 控制方程。
在这种情况下，封闭方程组中补充方程的数量大大增加，补充 方程的复杂程度也会大大增加，如相界面上的蒸发或冷凝问题。
（三）两相流数值模拟的困难
蒸发管内的汽液两相基本流型
垂直上升加热管内工质的基本流动与传热过程
蒸发管内的汽液两相基本流型
垂直上升加热管内工质的基本流型
主要包括四种： 1）泡状流
在连续的液相中，分散着大量小汽泡。 2）弹状流
随着泡状流中汽泡浓度增大时，受趋中 效应的作用，小汽泡聚合成大汽泡， 直径逐渐增大，当汽泡直径接近于管 子内径时，形成形状如子弹的汽弹。
气—固相界面：气固两相流动亦是如此，颗粒的旋转、翻滚、 团聚、分离等现象也很复杂。
（二）两相流的复杂性：
（3）流型： 气－液两相流的这种复杂性可从两相流的流型及其演变特性上
略见一斑。
流型图是公认的、用于表示各种流型存在的条件和范围的一种 比较科学的方法，但不同的研究者得出的流型图往往存在较大的差 异，尤其是各种流型的转变界线差别较大。
常见的典型多相流是两相流。 自然界和工程应用中，两相（多相）流非常广泛，例如液气 系统、气固系统、液液系统、凝结、沸腾、输送、分离、流态化 等等。
描述各种问题的模型也是多种多样，千差万别。
（三）两相流数值模拟的困难
１）相对于单相流动体系而言，描述“两相流”场的变量几乎增 加一倍。
各相的浓度、物性（如密度、粘性等）、温度、分散相的颗 粒大小、速度、相间相互作用等，都在很宽的范围内变化，这些 因素会引起流动性质和流型的变化；而且，对于这些参数都需要 有相应的控制方程；
多相流体运动规律
多相流体运动规律引言多相流体是指由两个或两个以上相态的物质混合而成的流体，包括气液两相流、气固两相流、液固两相流等。
多相流体的运动规律是研究多相流体流动行为的基础，对于工程领域中的石油勘探开发、化工过程、环境工程等都具有重要的意义。
本文将介绍多相流体的运动规律，并重点讨论几种常见的多相流体运动模型。
多相流体运动方程多相流体的运动可以通过运动方程来描述，常见的多相流体运动方程有欧拉方程和拉格朗日方程两种。
欧拉方程是基于连续介质假设的，将多相流体视为连续介质，通过对质量守恒、动量守恒和能量守恒等定律的应用得到。
拉格朗日方程则是基于微观粒子的运动轨迹，将每个粒子的位置和速度作为变量，通过粒子的运动方程来描述多相流体的运动行为。
多相流体欧拉方程多相流体的欧拉方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程质量守恒方程描述了多相流体中各相的质量守恒关系。
假设多相流体由N个相组成，每个相的质量分数分别为αi，相速度分别为u i，则质量守恒方程可以写作：$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i) = 0 $$其中，ρi为相i的密度。
动量守恒方程动量守恒方程描述了多相流体中各相的动量守恒关系。
假设多相流体中每个相受到的总压力为p i，总应力张量为τi，引入相间压力p ij=−p j+p i和相间摩擦力τij=τj−τi，则动量守恒方程可以写作：$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i u_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i u_i) = -∇p_i + ∇·τ_i + ∑_{j≠i}∇·(α_iρ_i u_i u_i p_{ij}) + ∑_{j≠i}[(α_i ρ_i u_i u_{ij})⋅n_{ij}]A_{ij} + \\sum_{j≠i} G_j $$其中，u ij=u i−u j，n ij为相间分界面的单位法向量，A ij为相间分界面的面积，G j为体积力项。
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
假设流动系统中物质的相态多于两个，那么称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反响过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量〔常称为相比〕、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件〔管内、多孔板上、沿壁面等〕划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个根本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，那么热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物〔浓度增加时外表张力减低〕的板效率(见级效率)高于负系统混合物〔浓度增加时外表张力增加〕；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个根本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反响过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，外表张力梯度会造成复杂的外表运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
多相流动概论
一、多相流的定义及分类
(二)、多相流的分类
分为两相流和三相流；两相流为最常见 分为两相流和三相流； 两相流可以分为四种： 两相流可以分为四种： 气液两相流：气体和液体一起流动( 气液两相流：气体和液体一起流动(气侵后环空及钻柱内的流动 ,采油过程中油管内的流动) 采油过程中油管内的流动) 气固两相流:气体和固体颗粒一起流动(空气钻井) 气固两相流:气体和固体颗粒一起流动(空气钻井) 液固两相流：液体和固体颗粒一起流动(钻进) 液固两相流：液体和固体颗粒一起流动(钻进) 液液两相流：两种不能均匀混合的液体一起流动 液液两相流： 三相流可以分为两种： 三相流可以分为两种： 气液固三相流：气体、 气液固三相流：气体、液体和固体颗粒一起流动 液液固三相流： 液液固三相流：两种不能均匀混合的液体和固体颗粒一起流动
二、多相流的流动结构类
二、多相流的流动结构类
二、多相流的流动结构类
二、多相流的流动结构
(一)、气液两相流的流动结构 分为三种情况： 分为三种情况： ★ 垂直上升气液两相流 ★ 垂直下降气液两相流 ★ 水平气液两相流
二、多相流的流动结构
一）、垂直上升气液两相流 ）、垂直上升气液两相流
1、细泡状流动结构 2、弹状流动结构 3、块状流动结构 4、带纤维的环状流动结构 5、环状流动结构
多相流动概论
一、多相流的定义及分类
(一)、多相流的定义： 多相流的定义： 物体的形态：固体、液体、气体。 物体的形态：固体、液体、气体。 相：物体中每一个均匀部分。固相、液相、气相 单相流：各部分均匀的气体或液体的流动 多相物体： 多相物体：物体的各部分存在差别 多相流：多相物体的流动 多相流：
二、多相流的流动结构
二）、水平气固两相流 ）、水平气固两相流
两相流、多相流讲课讲稿
两相流、多相流两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
两相流、多相流上课讲义
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
两相与多相流动力学-考试复习题答案
2008级研究生课程“多相流动力学“考试复习大纲1.自然界和工业界中的两相流主要包括哪几种？并各举一例说明之气液两相流：相变换热工质；气固两相流：沙尘暴；液固两相流：河流；液液两相流：石油开采。
2. 试说明下列各组概念的物理意思，并用公式建立它们之间的互推关系：1）质量流量、质量流速和质量相含率质量流量是指单位时间内流过通道总流通截面积的流体质量，用W表示；质星流速是单位流通截面积上的质量流量，用G表示；各相质量流量与总质量流过之比称为质量相含率或质量相分数，用x表示。
W = W1 + W2;G = W / A;G1 = W1 / A;G2 = W2 / A;x = Gg / G = Wg / W.2）容积流量、容积流速和容积相含率容积流量是指单位时间流过通道总流通截面积的流体容积，用Q表示；容积流速是单位流通截面积上的容积流量，又称折算速度，是容积流量除以通道总流通面积A，用J表示；容积相含率是指各相容积流量与总样积流量之比，用b表示。
Q = Q1 + Q2 = W1/p1 + W2/p2J = Q/A = J1 + J2J1 = Q1/A = W1 / (p1 A)J2 = Q2/A = W2 / (p2 A)b = Qg / Q = x/[x + (1 - x)pg / p l]3）各相真实流速各相容积流量除以流动中各相各自所占流通截面积即为各相的真实流速。
v i = Q i / A i4）真实相含率或截面相含率某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总的流通截面积之比称作该相的真实相含率或截面相含率，用a表示。
a = Ag / A5）滑动比、滑移速度、飘移速度和飘移流率两相流中各相真实速度的比值称为滑动比。
S = v g / v l滑移速度是指两相流各相真实速度的差，用v s表示v s = vg– vl= Jg / a – Jl/ (1 - a)漂移速度是指轻相(如气相)速度与两相混合物平均速度v H之差，用v D表示v D = v g– v H漂移流率是指滑移速度v s两边乘以通分后的分母项，消去分母后的等式，用j D表示，有j D = (vg - v l)a(1-a) = Jg(1 - a) – J l a3. 什么是物质的“相”？从宏观上看，物质的相的性质特点是什么？相同成分及相同物理化学性质的均匀物质部分称为相。
关于二相流、多相流、多流体模型
关于二相流、多相流、多流体模型和非牛顿流等概念的探讨‘组成的液一液流，在运动规律上与气一液流和液一固流很接近，因此，人们也把它视为一种二相流.从以上意义上说，所谓的多相流也就只有像空气一水一沙、气一油一沙等这类三相流和气一油一水一沙等这类四相流.目前，真正包含三个和三个以上相态的复杂混合物系统运动的研究还很少，多相流研究基本上就是二相流研究.但是，也有许多作者把包含几种粒径的气体一颗粒流也称为多相流〔“‘“’，这主要是因为粒径不同的颗粒有不同的动力学性质.从这意义上说，自然界和工业中有很多多相流的例子，这种多相流与气一固二相流是同义词了.显然，现在关于多相流这一术语有狭义的和广义的两种理解.在这两种理解中，对“相”字分别理解为物理学中的相和动力学中的相.由于多相流术语的广义用法与多流体模型实际上是同义的(见下述)，因此，笔者建议多相流术语只保留它的狭义用法.本文将首先讨论连续介质模型、单流体模型、双流体模型、多流体模型、扩散模型、非牛顿流模型和颗粒流模型等概念，然后讨论以上这些概念在泥石流研究中的应用. 在本文中提到的相，除非特别声明，都是物理学意义上的相.2单流体摸型、双流体摸型和多流体模型单流体模型、双流体模型和多流体模型都属于连续介质模型.连续介质模型是实际介质的一种科学抽象.实际介质都是由分子和原子组成，在分立的分子和原子之间存在大量空的空间。
在连续介质模型中，这些分子和原子的质量、动量和能量等均布到周围的空间中，将实际的介质抽象为在空间连续分布的介质，相应地有连续分布的密度、速度、应力(包括压强和粘性应力)和温度等.实际存在的某种均相的或多相的混合介质，可以抽象为一种充满整个流场的连续介质，有一组连续分布的密度场、速度场、应力场和温度场等，这就是单流体模型一也可将其中的一个或几个组分抽象为一种充满整个流场的连续介质，另外一些组分抽象为另一种、也充满整个流场的连续介质，两种连续介质在同一时空内互相重叠，这就是双流体模型.类似地也可以抽象为三个或更多个在时空内互相重叠的连续介质，这就是三流体模型或多流体模型. 这些连续介质既然存在于同一个时空，那么每两种连续介质之间就必定有相互作用，包括质量交换、.动量交换和能量交换等二流态化的颗粒(如流化床中的颗粒，河流中的泥沙，泥石流中的石块等)能否视为连续介质，从什么意义上理解其为连续介质等，在[4」中有详细的论述。
两相流1
突跃条件
2
U
k 1 k
k 1
2
k
U I nk 0
k U k U k U I n k n k Tk 0
U k2 k ek 2 U k U I n k q k Tn U k n k 0 k 1
( A h ) ( A hu) 0 t z
p ( A hu) ( A hu 2 ) A Ag h sin 0 t z z
2.4 分相流模型
假设
①各相介质分别有各自的平均流速，其数值根 据所占的断面积计算； ②尽管各相之间可能有质量交换，但相间处于 热力学平衡状态，压力、密度等均为单值函数。
2.3 均相流模型
假设 气相和液相的速度相等，即
u g ul u
多相介质已达到热力学平衡状态，压力、 密度等互为单值函数。 质量守恒 动量守恒 能量守恒
2 2 u u h h ( Aph ) Au h eh Ag hu sin q qv A 0 h eh A t 2 t z 2
质量守恒 动量守恒
能量守恒
2 2 vg v l A e e g g l l l g t 2 2 2 2 vg v l l l u l hl hg A g g u g z 2 2 w w A( g g u g Fg l l u l Fl ) C g q g Clw qlw
两相流的分类及多相系统的研究方法
两相流的分类及多相系统的研究方法两相流的分类及多相系统的讨论办法_气固两相流淌与数第2章两相流的分类及多相系统的讨论办法2.1 两相流的流型及分类与单相流淌相比，两相流淌要复杂得多，随着两相流结构的不同以及各种物质状态或状态间组合的不同，其内在逻辑也发生显著变幻。
正是因为两相流淌的复杂性，对不同状态的两相流淌必需用不同的关系式加以描述，因此对两相流淌举行合理地分类是讨论两相流淌的一个须要环节。
从理论上说，只要同时存在两种以上不同的物质状态或运动状态，多相系统就存在。
虽然在工程实际和自然界中我们有时也确能看到气、液、固三相或几种不同运动状态同时存在的状况，但是我们所碰到的更多的还是只存在两种物质状态或两种运动状态的两相混合物及其运动。
考虑到讨论两相流淌相对容易并且其讨论结果和讨论办法在无数状况下可以进一步推广到多相系统，几乎全部讨论者都从两相流着手开展其讨论工作。
两相流有两种分类办法：1）按照两相之间界面结构的不同来分类按照两相之间界面结构的不同，两相流可以分为三类，即：分别流淌（separated flows），过渡或混合流淌（transitional or mixed flows）和散式流淌（dispersed flows）。
每一类流淌又可按其几何特征的不同，进一步分成若干种。
按照流淌几何特征的不同，分别流淌可以分为平面流淌和拟流淌两种，这两种流淌分离又可再分成两种：平面流淌包括膜状流淌和分层流淌，拟轴对称流淌包括环状流淌和射流。
同样，散式流淌可以分成三种：泡状流淌、滴状流淌和固体散粒流淌。
因为界面结构的变幻是渐近的，在分别流淌与散式流淌之间还存在一种同时存在分别流与散式流的过渡区域，即混合式过渡流淌。
这一类流淌可进一步区别为四种：柱塞状流淌，带气泡的环状液流淌，具有带液滴核心气流的环状液流淌以及具有带液滴核心气流和带气泡环状液流淌。
上述分类状况列于表2－1。
表中除列有名称外还列出了相应的几何特征、构成和典型事例。
两相与多相流动力学
西交大郭烈锦编著的《两相与多相流动力学》内容丰富，主要在于两相问题的理论推导，使得两相流动从实验变为一门真正的可以用数学推导的科学领域。
读这本书对我这个研一学生来说还有些吃力，本着取其所用，来解决工程实际问题的准则翻阅了这本书。
主要看了其中气液两相部分的一些内容。
水平气液两相的管内流动的流型主要分细胞状，气塞状，气弹状，波状分层和环状流型。
沿着热流密度逐渐增大，各流型依次向进口处递进。
而竖直管流型与之类似。
主要分细胞状，气弹状，块状，带纤维的环状和环状流型。
流型图已保存到为知笔记之中方便查看。
值得注意的是，流型对换热效果和换热安全性起关键作用。
流型不同，适用的换热系数求解不同，而流型对换热管壁也有大的影响。
例如：波状分层流型，管子上部周期性的发生时而与蒸汽接触，时而与液膜接触的现象。
这种周期性的接触导致管壁温度周期性的高低变化，对于金属强度而言是不利的，应该避免。
提高流速，水平管中流型不对称性得到改善。
流速越高，气液两相的分布越对称，流型越接近垂直管中的流型。
（重力作用均匀，这也就是垂直管内流型对称的原因，水平管内重力作用影响较大。
）在第三章界面现象中，主讲了基础“毛细现象”毛细现象的机理是分子间相互作用所产生的表面张力ij σ。
表面张力是形成单位表面积所需要外界做的功，可以看作表面作用在每单位长度截线上的功。
毛细现象的基本公式是： 1211()P R R σ∆=+。
其中对于球面，则R1=R2.2P R σ∆= 对于毛细管插入液槽后管内液面与液槽液面的变化，可以得到液体的表面张力：21=2a g σρ∆此外，本书中还讲到了关于波动界面的内容，其中比较感兴趣的是关于激波的部分。
喷管扩张段的正激波以及管外侧的斜激波。
这部分内容作为可压缩单相流动的波动性内容在此带了一下。
由于教研室内同学有几个在研究这部分，所以着重看了一下。
以上为本书前五章内容的一些理解。
附上前五章目录，以便日后查询：1. 两相流概念简介2. 多相流场空间结构与相分布3. 界面现象4. 波动现象（连续波与动力波）5. 颗粒相的特性。
流体力学中的多相流模拟及应用
流体力学中的多相流模拟及应用流体力学是研究流体运动规律和作用的一个重要分支学科。
多相流模拟是流体力学中的一个重要研究内容，也是近年来越来越受到关注的热门领域之一。
回顾历史，20世纪50年代初，美国科学家艾萨克•普鲁克（Isaac Prigogine）首次提出了多相流的概念，随后国内外学者在此基础上进行了大量的研究工作。
本文将简要介绍多相流的概念、研究方法及其应用场景。
一、多相流的概念多相流是指在同一空间内同时存在多种流体或气体，它们之间相互作用产生各种相变（如凝固、气化、沉降以及相互转化等）现象的流动状态。
多相流包括两相、三相、四相以及更多的相。
其中最常见的是两相流，指的是同时存在两种不同的流体，如气液、液液、气固等。
例如汽车轮胎在行驶时，胎面与路面之间会产生两相流，其中气体是一相，胎面与路面接触的水和空气是另一相，两者相互作用形成一个流体体系。
二、多相流研究方法多相流的研究方法主要可以分为两类：实验研究和数值模拟。
实验研究是通过实际实验器材对实际流动进行观察和分析，从而揭示实际过程的规律性和特性。
数值模拟则是通过建立数学模型、采用计算机仿真技术，对多相流动进行模拟，以此研究多相流动的规律和特性。
基于数值模拟的多相流动研究方法又可分为欧拉方法和拉格朗日方法两大类。
欧拉方法是以流场为研究对象，分析不同位置流体属性的变化规律，把多相流动转化为流场数值模拟问题来研究。
而拉格朗日方法是以流体微观粒子为研究对象，通过对微观粒子的运动轨迹进行分析，揭示多相流动中各种相之间的相互作用。
实际上，两种研究方法并不是完全独立的，而是相互补充、相互依赖的。
三、多相流的应用场景多相流的研究在工程领域中有着广泛的应用。
下面我们列举出多种多相流模拟的应用场景。
1.多相流在化学工程中的应用化学反应过程涉及到多相流动，多相流动不均匀性会严重影响化工反应的效果。
比如，列管反应器中的快速催化反应的过程，常常涉及多种流体、气体与液体组分的同时存在，气液两相流相互作用的现象效应和反应时间都会对反应结果产生很大的影响。
多相流模型和离散相模型的区别
多相流模型和离散相模型的区别两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
离散相模型←FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；←离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；←应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等；←颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic←Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。
通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”多相流模型FLUENT中提供的模型：VOF模型(Volume of Fluid Model)←混合模型(Mixture Model)←←欧拉模型(Eulerian Model)VOF模型(Volume of Fluid Model)← VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面；← VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。
多相流的流型分类
多相流的流型分类
多相流体的流型可以根据不同的分类标准进行分类。
根据参加流动各项的数目，多相流可以分为两相流和三相流。
其中，两相流又可以分为气液、气固、液固、液液四种，而三相流则包括气液固、液液固、油气水等类型。
此外，多相流的流型还可以根据参加流动的各组分进行分类，如单组分气液两相流、双组分气液两相流等。
具体流型还可以分为泡状流、弹状流、块状流、环状流、液丝环状流等。
对于特定的多相流动问题，可以通过不同的测量参数来确定流型，如流量、流速、压力、温度等。
在实际应用中，需要根据具体问题选择合适的测量参数和分类标准，以准确描述多相流的流动特性和规律。
以上内容仅供参考，建议查阅关于多相流的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
流体力学中的多相流问题
流体力学中的多相流问题多相流指的是在同一空间内同时存在两种或更多相态的流体混合体。
在流体力学中，多相流问题是一个重要的研究领域，涉及到气液、固体液体等多种物质相态的相互作用和流动特性。
本文将探讨多相流问题在流体力学中的应用和研究进展。
一、多相流的基本概念在理解多相流问题之前，我们需要先了解一些关键的概念。
多相流系统由连续相和分散相组成，其中连续相是指占据整个流动区域的相，分散相是指以液滴、气泡、颗粒等形式存在于连续相中的相。
多相流的性质和行为往往由分散相的运动、交互以及与连续相的相互作用决定。
二、多相流的分类多相流可根据不同的特征进行分类。
常见的分类方法包括根据相态组合、分散相运动形式和流体流动性质等。
1.根据相态组合分类根据不同的相态组合，多相流可以分为气液两相流、固体液两相流、多气泡流、多液滴流等。
其中最常见的是气液两相流，如气泡在液体中的运动。
2.根据分散相运动形式分类分散相的运动形式也是多相流分类的重要标准。
常见的运动形式包括颗粒床流动、气泡上升、液滴飞溅等。
3.根据流体流动性质分类流体流动性质对于多相流问题的研究也具有重要意义。
多相流可以分为层流、湍流等不同流动状态，其中湍流多相流较为复杂，经常出现相之间的湍流剪切现象。
三、多相流的数学模型解决多相流问题需要建立适当的数学模型。
常用的数学模型包括欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法。
1.欧拉-拉格朗日方法欧拉-拉格朗日方法将连续相和分散相分别看作两个独立的相，建立各自的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。
该方法适用于分散相浓度较低的情况。
2.欧拉-欧拉方法欧拉-欧拉方法将连续相和分散相视为大小不同的两个均匀相，建立各自的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。
该方法适用于分散相浓度较高的情况。
四、多相流问题的应用多相流问题在工程和科学研究中有广泛的应用。
以下是多相流问题的几个典型应用：1.石油工程领域在石油开采过程中，多相流问题非常普遍。
包括油气的相互作用、抽采过程中的气液两相流、油井压力和流量的分析等。
5-计算力学-2011-12-3-1(第6章)
30
3. 多维内弹道两相流方程组 自学内容。 自学内容。 作业： 作业：试推导二维内弹道两相流模型的气相与固相的连续方程 与动量方程。 与动量方程。
31
5
④火药燃烧的假设 1) 火热颗粒的燃烧满足火药燃烧定律的假设和燃速定律 的假设。 的假设。 火药燃烧产物的组份保持不变， 2) 火药燃烧产物的组份保持不变，火药气体的热力学参 数，如火药力、余容及比热比均保持不变。 如火药力、余容及比热比均保持不变。 3) 固体药粒不可压缩，即火药的物理密度为常数。 固体药粒不可压缩，即火药的物理密度为常数。 ⑤其它假设 对于阻力、热传导及化学反应等微观过程， 对于阻力、热传导及化学反应等微观过程，假设作为两 相当地平均状态的函数，并用经验方法处理。 相当地平均状态的函数，并用经验方法处理。
①连续方程
气相： 气相：
固相： 固相： 其中： 其中：
21
②动量方程
气相： 气相：
固相： 固相：
其中： 其中：
22
③能量方程
气相： 气相：
其中： 其中：
23
24
（5）辅助方程 ①相间阻力
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②相间热交换
26
③状态方程
27
④火药燃速定律
⑤火药的形状函数
28
⑥颗粒间应力
29
⑦火药表面温度
7
②密度： 密度：
8
③速度： 速度：
9
④压力： 压力：
10
⑤温度： 温度：
11
（3）一维两相流内弹道基本方程推导 根据前面的讨论，在建立内弹道两相流方程时， 根据前面的讨论，在建立内弹道两相流方程时，我们将遵 循如下的规定： 循如下的规定： 气相－固相分别给出方程，而不采用混合的方法； 1) 气相－固相分别给出方程，而不采用混合的方法； 2) 两相之间的相互作用通过其相间作用耦合联系在一起，包括： 两相之间的相互作用通过其相间作用耦合联系在一起，包括： 作用力、传热、质量交换及质量交换伴随的能量交换等； 作用力、传热、质量交换及质量交换伴随的能量交换等； 每一相都作为连续介质； 3) 每一相都作为连续介质； 固相颗粒比气相分子大得多。 4) 固相颗粒比气相分子大得多。
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两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
认为单相流的概念和方法可分别用于两相系统的各个相，同时考虑两相之间的相互作用。
两种模型的应用都还存在不少困难，但在计算技术发展的推动下颇有进展。
气体和液体混合物的两相流动体系。
通常分为单成分两相流和双成分两相流。
前者是具有相同化学成分的同质异态两相流，如水和蒸汽两相流；后者是具有不同化学成分的异质异态两相流，如水和空气两相流。
气-液流动包括掺有气泡的液体流动和带有液滴的气体流动，如掺气水流和含雾滴的大气流动等。
气-液流动因管道压力、流量、热负荷、流向、工质物性等的不同，可形成各种不同流型。
竖管中最常见的流型（见图）有：细小气泡散布于液相中的气泡状流型；管中心为气弹、壁附近为连续液膜的气弹状流型；管中心为夹带细小液滴的气核和壁附近为连续液膜的环状流型；气相中含细小液滴和壁附近无连续液膜的雾状流型。
不同的流型有不同的流体动力学和传热传质规律。
对流型的分析方法，目前工程上应用较多的有均相流模型和分相流模型，前者适用于较均匀的气泡状流，后者用于有明显分界面的层状流。
气-液两相流通过管道引起的压差称为压力降。
在任意通流截面上，气相在两相混合物中所占的截面分数称为空隙率，它是计算重位压力降和加速压力降必不可少的参量。
设计中，必须计算气-液两相流的压力降以确定所需动力，保证设备安全经济地运转。
**好东西**两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
离散相模型（DPM）FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等；颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。
通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”多相流模型FLUENT中提供的模型：VOF模型(Volume of Fluid Model)混合模型(Mixture Model)欧拉模型(Eulerian Model)VOF模型(Volume of Fluid Model)VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面；VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。
混合模型(Mixture Model)用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。
欧拉模型(Eulerian Model)欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择VOF模型适合于分层流动或自由表面流；Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别如果离散相在计算域分布较广，采用Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型；当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果；从计算时间和计算精度上考虑。
选用FLUENT多相流模型的几个要点多相流的计算，首先是要对要研究的问题要有一个比较详细的了解。
你对模拟过程了解多少，可能的结果是什么。
可以想象一下你模拟的过程，你想要得到的结果侧重点在哪里，等等。
然后根据问题选择不同的多相流模型。
由于不同的模型适合不同的模型，因此首先要对FLUENT各个多相模型有一明确的概念。
你如何简化问题。
另外，网格的划分很重要。
尽量采用简单的网格。
网格的疏密程度，那些地方要细，那些地方可以疏些，等等。
好的前处理对获得快速收敛的解非常非常重要！关于FLUENT不同多相流模型的选择和比较：1) 对DPM模型，采用的是Lagraian-Eulerian方法。
粒子的运动是按Lagrarian方法，连续流体的计算是按Eulerian方法。
DPM可以跟踪单独粒子的运动轨迹。
但该方法不考虑粒子对连续流体运动的影响，所以只适用于粒子体积占总体积不大于10%的情况。
2) VOF模型。
该模型能够比较好的反映多相流之间的界面情况。
比如大的气泡以比较慢的速度在液体中流动，气液界面等。
由于VOF模型采用的方程中的各项物性参数，如密度，粘度等，是各相物性的体积平均值，所以要求各相的速度之间差别不能太大，否则会对计算结果的精度影响很大。
一般情况VOF采用非稳态模拟比较好。
主相的体积值不是从体积守恒方程得到的，而是1减去其他离散相的值。
3)Mixture模型。
此模型考虑了离散相和连续相的速度差，及相互之间的作用。
但相与相之间是不相容的。
动量方程及连续方程等中各物性参数采用的是各相体积平均值。
主相的体积值不是从体积守恒方程得到的，而是1减去其他离散相的值。
4)Eulerian模型。
此模型可以对各相进行单独的计算，每相都有单独的守恒方程。
据有很大的适应性。
但代价是由于要对各相都要进行独自计算迭代，计算机时是很巨大的。
故Mixture是Eulerian 模型的一种折衷.气浮池中的两相流属于：双组份双相流和绝热两相流（无相变无相间质量交换）FLUENT中应用DPM模型时的限制1. 对颗粒体积分数的限制FLUENT所使用的离散相计算公式假定第二相十分稀薄，这就使得FLUENT忽略了颗粒间的相互作用以及颗粒体积分数对对气相的作用。
这就意味着离散相的体积分数必须是一个相当低的数值，通常这个值小于10%～12%。
注意：这里所讲的是体积分数，而不是质量分数，离散相的质量分数是可以大于前面所述的限制的，你甚至可以用它来计算离散相质量分数大于等于连续相质量分数的情况。
如果你想使用常规多项留模型，可以参考第22和第24章的内容。
2. 在模拟颗粒持续悬浮时的限制本章所描述的稳态颗粒Lagrangian离散相模型适合模拟颗粒喷射进入连续相中的时候，连续相流存在明确的入口和出口条件。
Lagrangian模型无法有效的模拟颗粒长期悬浮情况下的流动，比如在封闭系统中出现的固体悬浮的情况，像搅拌罐、混合皿还有流化床。
3. 使用DPM模型对使用FLUENT中其它模型的限制[1] 周期流Streamwise periodic flow（既不能定义质量流率也无法制定压降）[2] 当使用预混燃烧模型时，只能包含部反应的颗粒。
[3] 对于Surface injections，颗粒入射的面不能是移动网格或变形网格[4] 颗粒云模型无法用于非稳态的情况或者是并行计算的情况[5] wall-film model只适用于液体材料，The wall-film model is only valid for liquid materials. If a non-liquid particle interacts with awall-film boundary, the boundary condition will default to the reflect boundary condition.[6] 使用复合参考系时，默认情况下所显示的颗粒轨迹是没有意义的。