多相流体力学作业

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多相流体力学在环境工程中的应用

多相流体力学在环境工程中的应用

多相流体力学在环境工程中的应用一、引言多相流体力学是研究多种物质相互作用、相互运动和相互转化的流体力学分支。

随着环境问题的日益凸显,多相流体力学在环境工程中的应用也越来越重要。

本文将探讨多相流体力学在环境工程中的应用,包括废水处理、大气污染控制和土壤污染修复等方面。

二、多相流体力学在废水处理中的应用废水处理是环境工程中的一项重要任务,而多相流体力学在废水处理中的应用则能够提高处理效率和降低处理成本。

2.1 排污口处的分散相污水中常常会含有悬浮物、油脂等分散相,利用多相流体力学的方法可以对这些分散相进行模拟和预测,进而优化处理方案和设备设计。

通过粒子追踪法和颗粒动力学模型,可以模拟悬浮物在废水中的输运和沉降过程,为污水处理厂提供科学的依据。

2.2 曝气系统的改进废水处理中的曝气系统是为了提供氧气,以促进污水中有机物的降解和细菌的生长。

通过研究多相流体力学,能够优化曝气系统的设计和运行参数,提高气液传质效率,减少能耗。

如采用喷射曝气装置,通过合理设置气泡直径和解析气相通道,可以提高氧气传质效率。

2.3 污泥处理过程的模拟污泥处理是废水处理过程中的关键环节,而多相流体力学可以对污泥处理过程中的气液固三相流进行模拟和优化。

通过建立合适的气泡动力学模型和污泥物理模型,可以准确地预测气泡和颗粒物在污泥中的行为,从而提高污泥的脱水效率和稳定性。

三、多相流体力学在大气污染控制中的应用大气污染对环境和人类健康造成严重影响,而多相流体力学在大气污染控制中的应用则能够帮助我们更好地理解和减少大气污染。

3.1 雾霾的形成和传输机理雾霾是大气污染的主要表现形式之一,其形成和传输机理十分复杂。

通过多相流体力学模拟雾霾中的颗粒物和气溶胶的输运、扩散和沉降,可以揭示雾霾的形成机制,为制定有效的防控策略提供科学依据。

3.2 汽车尾气处理技术汽车尾气是城市大气污染的主要来源之一,而多相流体力学可以用于研究汽车尾气处理技术中的颗粒物过滤和催化反应等过程。

流体力学标准化作业答案1

流体力学标准化作业答案1

流体⼒学标准化作业答案1流体⼒学标准化作业(⼆)——流体静⼒学本次作业知识点总结1. 流体静压强的特性流体静压强有两个重要特性:(1)⼤⼩性;(2)⽅向性。

2. 流体平衡的⼀般⽅程(1)流体平衡微分⽅程(欧拉平衡微分⽅程)101010p X x p Y y p Z z ρρρ??-=-=-=???(2)欧拉平衡微分⽅程的全微分()dp Xdx Ydy Zdz ρ=++(3)等压⾯衡微分⽅程0Xdx Ydy Zdz ++= 或 0B f dl ?=等压⾯是压强相等的空间点构成的⾯(平⾯或曲⾯),有两个重要性质:①等压⾯与质量⼒正交;②等压⾯与等势⾯重合,即0dp dU ρ==。

3. 重⼒场中流体静压强的分布规律(1)流体静⼒学基本⽅程重⼒场中,液体的位置⽔头与压强⽔头之和等于常数p z c gρ+= 如果液⾯的压强为0p ,则液深h 处的压强为0p p gh ρ=+(2)绝对压强、相对压强和真空度本书的压强p ⼀律指绝对压强,单位是2N/m 或Pa 。

如果p ⾼于当地⼤⽓压a p ,则a p p p '=-称为相对压强,也称为表压强或计⽰压强。

如果p 低于当地⼤⽓压a p ,则v a p p p =-称为真空压强,即真空度。

4. 静⽌液体作⽤在平⾯上的总压⼒(1)解析法总压⼒的⼤⼩: C C P gh A p A ρ==总压⼒的⽅向:总压⼒的⽅向垂直于受压的平⾯总压⼒的作⽤点: C D C C J z z z A=+ (2)图算法图算法的步骤是:先绘出压强分布图,总压⼒的⼤⼩等于压强分布图的⾯积S乘以受压⾯的宽度b ,即P Sb =总压⼒的作⽤线通过压强分布图的形⼼,作⽤线与受压⾯的交点就是总压⼒的作⽤点。

※压强分布图是在受压⾯承压的⼀侧,以⼀定⽐例尺的⽮量线段表⽰压强⼤⼩和⽅向的图形,是液体压强分布规律的⼏何图⽰。

对于通⼤⽓的开敞容器,液体的相对压强,沿⽔深直线分布,只要把上、下两点的压强⽤线段绘出,中间以直线相连,就得到压强分布图。

多相流在工程流体力学中的应用与优化

多相流在工程流体力学中的应用与优化

多相流在工程流体力学中的应用与优化多相流是指在同一空间范围内同时存在两种或两种以上的不同相态流体的流动现象。

相较于单相流,多相流的研究在工程流体力学中具有更广泛的应用性和挑战性。

本文将探讨多相流在工程流体力学中的应用,并讨论相关优化策略。

1. 多相流的应用领域多相流的应用范围极为广泛,包括但不限于以下几个领域:a. 石油工业:在油田勘探和开发过程中,多相流的研究对于油水混输、气液分离等有着重要的应用价值。

通过深入研究多相流的特性,可以优化油井的设计和操作,提高采油效率。

b. 化工工业:多相流在化工过程中的应用多种多样,涵盖了反应器设计、传热设备、污染物处理等方面。

通过深入理解多相流的流动特性,可以有效地改进化工设备的设计,提高生产效率和产品质量。

c. 核工业:核反应堆内部往往存在着气液两相,多相流在核工业中的应用旨在提高核反应堆的安全性能和热工性能。

通过研究多相流的传热和传质机理,可以优化核反应堆的设计和运行方式。

d. 环境工程:多相流在环境工程中的应用主要关注气液界面处污染物的传输和转化过程。

通过研究多相流的分离和传输特性,可以优化废水处理和空气污染控制等环境治理过程。

2. 多相流的优化策略为了充分发挥多相流在工程流体力学中的作用,需要不断探索和优化相关研究策略,以下是一些常用的多相流优化策略:a. 实验设计优化:通过合理的实验设计和参数优化,获取准确的实验数据,为多相流模型的建立和验证提供可靠的依据。

同时,实验设计优化还可以用于优化多相流系统的操作参数,提高系统性能。

b. 数值模拟优化:利用计算流体力学(CFD)等数值模拟方法,对多相流的流动特性进行建模和仿真。

通过不断优化模型参数和计算算法,提高数值模拟的准确性和计算效率,为多相流研究提供可靠的数值支持。

c. 过程优化:针对具体的多相流工艺过程,通过优化操作条件和参数,提高多相流系统的能效和运行效果。

通过合理的过程优化,可以降低能源消耗,减少环境污染,提高工程设备的经济性和可持续性。

多相流体力学在化工工程中的应用

多相流体力学在化工工程中的应用

多相流体力学在化工工程中的应用引言多相流体力学是研究多种相(例如气体、液体、固体颗粒等)同时存在和相互作用的流体系统的力学行为的学科。

在化工工程中,多相流体力学的应用非常广泛。

本文将介绍多相流体力学在化工工程中的应用领域以及相关的研究方法和技术。

多相流体力学的概念和基本方程多相流体的概念多相流体是指在空间和时间上具有两种或更多种不同相态的流体体系。

常见的多相流体包括气体-液体、固体颗粒-气体等组合。

在化工工程中,常见的多相流体包括气液两相流、固体颗粒悬浮在气体或液体中的流动等。

多相流体力学的基本方程多相流体力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。

这些方程描述了多相流体中各相的质量、动量和能量传递规律,是多相流体力学研究的基础。

多相流体力学在化工工程中的应用气液两相流气液两相流是化工工程中最常见的多相流动形式之一。

例如,在化工反应器中,气体通过液体介质进行传质和反应。

多相流体力学可以用来描述气液两相流的流动行为,例如气泡和液滴的生成、运动和破裂等。

固体颗粒悬浮流在化工工程中,常见的固体颗粒悬浮流包括气力输送、颗粒床流动等。

多相流体力学可以用来描述固体颗粒在气体或液体中的悬浮、传输和分离等过程。

这对于化工反应器中的固体催化剂的运行和废水处理中的颗粒沉降等都具有重要的应用价值。

多相流体的输运和反应多相流体的输运和反应是化工工程中另一个重要的应用领域。

多相流体力学可以用来描述固相物质在流体中的输运和反应过程,例如化工反应器中的固液两相反应和反应物的传递等。

多相流体力学模拟和实验研究方法多相流体力学的研究方法包括理论模拟和实验研究两个方面。

理论模拟主要使用数值方法对多相流体力学方程进行求解,例如使用计算流体力学(CFD)方法对多相流体的流动进行模拟和预测。

实验研究主要基于实验装置对多相流体的流动行为进行观测和分析,例如使用高速摄像技术对气泡和液滴的生成和运动进行实时观测。

结论多相流体力学在化工工程中具有重要的应用价值。

流体力学作业4 答案

流体力学作业4 答案

作业4 答案 (第7章、第8章、第9章、第10章) 第7章 一、选择题1. 对于管道无压流,当充满度α分别为( B )时,其流量和速度分别达到最大。

A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.02. 对于a, b, c 三种水面线,下列哪些说法是错误( A )( C ) A .所有a 、c 型曲线都是壅水曲线,即0>dsdh,水深沿程增大。

B .所有b 型曲线都是壅水曲线,即0>ds dh,水深沿程增大。

C .所有a 、c 型曲线都是降水曲线,即0<ds dh,水深沿程减小。

D .所有b 型曲线都是降水曲线,即0<dsdh,水深沿程减小。

3. 跌水的形成条件是( D )A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流 4.水跃的形成条件是( C )A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流C.从缓流过渡到急流D.从缓流过渡到缓流 5.两段长直的棱柱形渠道,通过的流量相同,( B )A.粗糙系数不同(1n >2n ),其他参数相同(),,,Q m b n ,则0201h h >B.底坡不同(21i i >),其他参数相同(),,,Q m b i ,则0201h h >C.底宽不同(21b b >),其他参数相同(),,,Q m n i ,则0201h h >D.边坡系数不同(21m m >),其他参数相同(),,,Q b n i ,则0201h h >6. 一梯形断面渠道,底宽b=2m ,边坡系数m=1.0,明渠中的水深h=0.5m, 则湿周χ、水力半径R 分别为( D )A. 3.414, 0.366B. 3.5, 0.30C. 3.414, 0.30D. 3.5, 0.366 二、判断题1、缓流一定是均匀流,急流一定不是均匀流。

( 错误 )2、断面单位能量沿程可大、可小,或者不变。

流体流动中的多相与多相界面问题

流体流动中的多相与多相界面问题

流体流动中的多相与多相界面问题1. 引言在流体力学中,多相流是指由两种或两种以上的不同物质组成的流体体系。

多相流与多相界面问题是流体力学中的一项重要研究内容,涉及到多种不同类型的流体流动现象。

本文将介绍流体流动中的多相与多相界面问题的基本概念、数学建模方法以及一些常见的应用案例。

2. 多相流的基本概念多相流是由两种或两种以上的物质混合组成的流体系统,常见的多相流包括气固流、气液流、液固流等。

在多相流中,不同相的物质之间存在着相互作用,包括质量传递、热传递、动量传递等。

多相流的研究对象通常是液滴、气泡、颗粒等。

在多相流中,流体的运动状态可以由流场描述,液滴、气泡等界面的形状可以由界面动力学描述。

多相流中的界面问题是多相流研究的核心内容之一,涉及到界面的形态变化、破裂、聚合等现象。

3. 多相流的数学建模方法多相流的数学建模方法是研究多相流问题的基础。

常见的多相流数学模型包括欧拉模型、拉格朗日模型、体积平均模型等。

欧拉模型将多相流体系统视为连续介质,通过求解连续流体动力学方程来描述流动现象。

拉格朗日模型则将多相流体系统视为微观粒子集合,通过跟踪单个粒子的运动轨迹来描述流动现象。

体积平均模型则将多相流体系统视为混合流体,通过求解守恒型平均方程来描述流动现象。

在数学建模过程中,需要考虑多相流体之间的相互作用、界面形态变化以及质量传递、热传递、动量传递等过程。

根据具体的问题和研究对象,可以选择适合的数学模型进行建模。

4. 多相流的应用案例多相流的研究应用涉及到多个领域,包括化工、能源、环境等。

下面将介绍一些常见的多相流应用案例。

4.1 气固流气固流是一个重要的多相流研究领域,涉及到颗粒的悬浮、传输和沉降等问题。

气固流在化工产品生产中起着重要作用,如颗粒输送、气固分离等过程。

4.2 气液流气液流是包含气体和液体两相的流体系统,多见于化工过程。

气液流的研究包括气泡的形成、尺寸分布、上升速度等问题。

气液流的研究对于液相反应的效率、混合与分散、质量传递等过程具有重要的影响。

流体力学作业解答及例题HW2Solutions

流体力学作业解答及例题HW2Solutions

Given:Time-varying velocity fieldFind:Streamlines at t = 0 s; Streamline through (3,3); velocity vector; will streamlines change with timeSolution:For streamlinesAt t = 0 (actually all times!)So, separating variables Integrating ln y ()ln x ()−c +=The solution iswhich is the equation of a hyperbola.For the streamline through point (3,3)C 1=andThe streamlines will not change with time since dy/dx does not change with time.At t = 0The velocity vector is tangent to the curve;Tangent of curve at (3,3) is Direction of velocity at (3,3) isThis curve can be plotted in Excel.Given:Velocity distribution between flat platesFind:Shear stress on upper plate; Sketch stress distribution Solution:Basic equationAt the upper surface h0.1mm⋅=(Table A.8) HenceThe upper plate is a minus y surface. Since τyx < 0, the shear stress on the upper plate must act in the plus x direction.Problem 2.40 [2]Problem 2.50[2]Find:Force to move upper plate; Interface velocitySolution:The shear stress is the same throughout (the velocity gradients are linear, and the stresses in the fluid at the interfacemust be equal and opposite).Hencewhere V i is the interface velocityThen the force required is F143N=Problem 2.51 [2]Given:Boundary layer velocity profile in terms of constants a, b and cFind:Constants a, b and cSolution:Basic equationAssumptions: No slip, at outer edge u = U and τ = 0At y = 00a=a0=At y = δU a b+c+=b c+U=(1) At y = δb2c⋅+0=(2) From 1 and 2c U−=b2U⋅=HenceGiven:Data on supersonic aircraftFind:Mach number; Point at which boundary layer becomes turbulent Solution:Basic equation V M c⋅=andFor air at STP, k = 1.40 and R = 286.9J/kg.K (53.33 ft.lbf/lbm o R).HenceM 2.5=For boundary layer transition, from Section 2-6ThenWe need to find the viscosity and density at this altitude and pressure. The viscosity depends on temperature only, but at 223.5 K = - 50o C, it is off scale of Fig. A.3. Instead we need to use formulas as in Appendix AAt this altitude the density is (Table A.3)For μwhere S110.4K⋅=Hence x trans0.327m=。

多相湍流反应流体力学

多相湍流反应流体力学

多相湍流反应流体力学多相湍流反应流体力学是一种研究多相流体在湍流环境下发生反应的学科。

它涉及到多种领域的知识,包括流体力学、化学反应动力学、热力学等。

本文将从多相流体的基本概念、湍流的基本特征、化学反应动力学以及多相湍流反应流体力学的研究内容和应用等方面进行介绍和探讨。

一、多相流体的基本概念多相流体是指由两种或两种以上物质组成的流体。

根据物质的相态不同,多相流体可分为气-液、气-固、液-固、气-液-固等多种类型。

多相流体中不同相之间存在着相互作用和相互影响,这些相互作用和影响对多相流体的流动和反应过程都会产生影响。

在多相流体中,各相的分布情况和运动状态都非常复杂。

例如在气-液两相流体中,气泡和液滴的形态和大小都会影响流体的流动和反应过程。

另外,多相流体中的相互作用和影响还会导致液滴的破裂、气泡的合并等现象的发生,这些现象对多相流体的流动和反应过程也会产生重要影响。

二、湍流的基本特征湍流是一种流体运动状态,其特征是流体中存在着不规则、无序的运动状态。

湍流的发生是由于流体中存在着各种不同的流动速度、压力和密度等因素,这些因素相互作用和影响会导致流体出现不规则的运动状态。

湍流的基本特征包括湍流涡、湍流能量、湍流粘度等。

其中,湍流涡是指流体中存在着各种大小、不规则形状的旋转结构,这些旋转结构可以将流体中的能量转换成湍流能量。

湍流能量是指湍流涡中所含有的能量,它是湍流运动的重要特征之一。

湍流粘度是指湍流运动中所产生的摩擦力,它是湍流运动中的一种能量耗散机制。

三、化学反应动力学化学反应动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。

在多相湍流反应流体力学中,化学反应动力学是一个非常重要的研究内容。

化学反应动力学可以用来描述多相流体中化学反应的速率和反应机理,进而预测多相流体中化学反应的结果。

化学反应速率是指化学反应中反应物消耗和产物生成的速率。

在多相流体中,化学反应速率受到多种因素的影响,例如反应物的浓度、温度、压力等因素都会影响化学反应速率的大小。

流体力学作业题参考题答案

流体力学作业题参考题答案

流体力学作业题参考题答案流体力学网上作业题参考答案第一章:绪论(56)一、名词解释1. 流体:在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质/液体和气体统称为流体。

2. 流体质点:质点亦称为流体微团,其尺度在微观上足够大,大到能包含大量的分子,使得在统计平均后能得到其物理量的确定值;而宏观行又足够小,远小于所研究问题的特征尺度,使其平均物理量可看成是连续的。

3. 惯性:惯性是物体维持原有运动状态的能力的性质。

4. 均质流体:任意点上密度相同的流体,称为均质流体。

5. 非均质流体:各点密度不完全相同的流体,称为非均质流体。

6. 粘性:流体在运动状态下具有抵抗剪切变形能力的性质,成为粘性或者粘滞性。

7. 内摩擦力:流体在流动时,对相邻两层流体间发生的相对运动,会产生阻碍其相对运动的力,这种力称为内摩擦力。

8. 流体的压缩性:流体的宏观体积随着作用压强的增大而减小的性质,称为流体的压缩性。

9. 不可压缩流体:流体密度随压强变化很小,流体的密度可视为常数的流体。

10. 可压缩流体:流体密度随压强变化不能忽略的流体。

11. 表面张力:表面张力是液体自由表面在分子作用半径范围内,由于分子引力大于斥力而在表层沿表面方向产生的拉力。

12. 表面力:作用在所研究流体外表面上,与表面积大小成正比的力。

13.质量力:作用在液体每一个质点上,其大小与液体质量成正比。

14.牛顿流体:把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。

二、选择题1. 理想流体是指可以忽略( C )的流体。

A 密度 B 密度变化 C 粘度 D 粘度变化2. 不可压缩流体是指忽略( B )的流体。

A 密度 B 密度变化 C 粘度 D 粘度变化3. 关于流体粘性的说法中,不正确的是( D )。

A 粘性是流体的固有属性B 流体的粘性具有传递运动和阻碍运动的双重性C 粘性是运动流体产生机械能损失的根源D 流体的粘性随着温度的增加而降低4.下列各种流体中,属于牛顿流体的是( A )A 水、汽油、酒精B 水、新拌混凝土、新拌建筑砂浆C 泥石流、泥浆、血浆D 水、泥石流、天然气5. 单位质量力的量纲与( B )的量纲相同。

流体力学多相流自学作业

流体力学多相流自学作业

多相流及其运用1.两相与多相流的界说与分类在物理学中物资有固.液.气和等离子四态或四相.单相物资的流淌称为单相流,两种混杂平均的气体或液体的流淌也属于单相流.同时消失两种及两种以上相态的物资混杂体的流淌就是两相或多相流.在多相流淌力学中,所谓的相不但按物资的状况,并且按化学构成.尺寸和外形等来区分,即不合的化学构成.不合尺寸和不合外形的物资都可能归属不合的相.在两相流研讨中,把物资分为持续介质和离散介质.气体和液体属于持续介质,也称持续相或流体相.固体颗粒.液滴和蔼泡属于离散介质,也称疏散相或颗粒相.流体相和颗粒相构成的流淌叫做两相流淌.天然界和工业进程中罕有的两相及多相流重要有如下几种,个中以两相流最为广泛.(1)气液两相流气体和液体物资混杂在一路配合流淌称为气液两相流.它又可以分单组分工质如水—水蒸气的汽液两相流和双组分工质如空气—水气液两相流两类,前者汽.液两相都具有雷同的化学成分,后者则是两相各具有不合的化学成分.单组分的汽液两相流在流淌时依据压力和温度的变更会产生相变.双组分气液两相流则一般在流淌中不会产生相变.天然界中如下雨时的风雨交加,湖面和海面上带雾的上升气流.山区大气中的云遮雾罩.生涯中沸腾的水壶中的轮回,啤酒及汽水等夹带着气泡从瓶中注人杯子的流淌等都属于气液两相流.现代工业装备中广泛运用着气液两相流与传热的道理和技巧,如汽锅.核反响堆蒸汽产生器等汽化妆置,石油.天然气的管道输送,大量传热传质与化学反响工程装备中的各类蒸发器.冷凝器.反响器.蒸馏塔.汽提塔,各式气液混杂器.气液分别器和热交流器等,都广泛消失气液两相流与传热现象.(2) 气固两相流气体和固体颗粒混杂在一路配合流淌称为气固两相流.空气中夹带灰粒与尘土.戈壁风沙.飞雪.冰雹,在动力.能源.冶金.建材.食粮加工和化工工业中广泛运用的力量输送.气流千燥.煤粉燃烧.石油的催化裂化.矿物的流态化焙烧.力量浮选.流态化等进程或技巧,都是气固两相流的具体实例.严厉地说,固体颗粒没有流淌性,不克不及作流体处理.但当流体中消失大量固体小粒子流时,假如流体的流淌速度足够大,这些固体粒子的特点与通俗流体相类似,即可以以为这些固体颗粒为拟流体,在恰当的前提下当作流体流淌来处理.在流体力学中,尽管流体分子间有间隙,但人们老是把流体看着是充满全部空间没有间隙的持续介质.因为两相流淌研讨的不是单个颗粒的活动特点,而是大量颗粒的统计平均特点.固然颗粒的数密度(单位混杂物体积中的颗粒数)比单位体积中流体分子数少得多,但当悬浮颗粒较多时,人们仍可假想离散分布于流体中颗粒是充满全部空间而没有间隙的流体.这就是经常运用的拟流体假设.(3) 液固两相流液体和固体颗粒混杂在一些配合流淌称液固两相流.天然界和工业中的典刑实例有夹带泥沙奔驰的江河海水,动力.化工,采矿.建筑等工业工程中广泛运用的水力输送,矿浆.纸浆.泥浆.胶桨等浆液流淌等.其它像火电厂汽锅的水力除渣管道中的水渣混杂物流淌,污水处理与排放中的污水管道流淌等.(4) 液液两相流两种互不相溶的液体混杂在一路的流淌称液液两相流.油田开采与地面集输.分别.排污中的油水两相流,化工进程中的乳浊液流淌.物资提纯和萃取进程中大量的液液混杂物流淌均是液液两相流的工程实例.(5) 气液液.气液固和液液固多相流气体.液体和固休颗粒混杂在一路的流淌称气液固三相流.气体与两种不克不及平均混杂.互不相溶的液体混杂物在一路的配合流淌称为气液液三相流;两种不克不及平均混杂.互不相溶的液体与固体颗粒混杂在一路的配合流淌称为液液固三相流.图1 两相流的规模2.两相流的研讨和处理办法与通俗流体动力学类似,研讨两相流问题的办法可以分为理论研讨和实验研讨两方面. 从理论剖析办法来看,仍然消失微不雅和宏不雅两种不雅点.微不雅剖析法就是从分子活动论动身,运用Boltzman(波尔兹曼)方程和统计平均概念及其理论,树立两相流中各相的根本守恒方程.宏不雅剖析法,就是以持续介质假设为基本,将两相流中各相都视为持续介质流体,依据每一相的质量.动量和能量宏不雅守恒方程以及相间互相感化,树立两相流的根本方程组,再运用这些两相流根本方程组去研讨剖析各类具体的两相流问题.在很多现实问题中,我们所关怀的不是单个物资粒子的活动而是大量粒子活动所产生的总成果,也就是所谓的宏不雅量,如压强.密度.温度.平均流速等.从宏不雅不雅点剖析两相流的办法又可以分为3类.(1) 模子法即假定互相集中感化是持续进行,其根本不雅点是:(1)两相流混杂物体中的每一点都同时被两相所占领;(2)混杂物的热力学和输运特点取决于各相的特点和浓度;(3)各相以本身的质量速度中间移动,相间互相集中感化反应在模子内.(2) 容积法假定进程处于均衡状况,可用均衡方程式进行描述,根本办法是:(1)以为流淌是一维的;(2)对一个有限容积写出质量.动量和能量守衡方程;(3)守衡方程即可按混杂物写出,也可按单独相列出.(3) 平均法假定进程处于均衡状况,用平均的守衡方程进行描述,类似低通滤波的办法.上述3种办法的配合点就是不斟酌局部的和瞬时的特点,仅斟酌相界面上流体微粒分散的互相感化,即宏不雅动力学.3.两相与多相流的专用术语与根本持性参数一般用下角标1和2分别暗示两相流中的两种相或组分,对液—气两相体系用下角l和g区分,对流体—固体两相体系用下角标f和s区分.平日选定组分或相2为疏散相或为分层流淌中的轻相.3.1 质量流量.质量流速和质量相含率(相分数)质量流量是指单位时光内流过通道总流畅截面积的流体质量,用W 暗示.两相流总的质量流量是各相质量流量之和,各相的质量流量分别用W1和W2暗示,所以有W=W1+W2(kg/s)质量流速是单位流畅截面积上的质量流量,用G暗示,如流道的总流畅截面积为A,各相所占的流畅截面积分别为A1和A2,则有G=W/A G1=W1/A G2=W2/A各相质量流量与总质量流里之比称为质量相含率或质量相分数.在气液两相流体系中,气体的质量相含率俗称为质量含气率或干度,用x暗示;液体的质量相含率俗称为质量含液率.气液两相流的质量含气率与质量含液率之和是1,所以有x=G g/G=W g/W1-x=G l/G=W l/W3.2 容积流量.容积流速和容积相含率容积流量是指单位时光流过通道总流畅截面积的流体容积,用Q暗示.两相流总的容积流量同样是各相容积流量Q1和Q2之和,即Q=Q1+Q2=(W1/ρ1+W2/ρ2)容积流速是单位流畅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畅面积A,用J暗示.J=Q/A=(Q1+Q2)/A=J1+J2J1=Q1/A=W1/(ρ1A)J2=Q2/A=W2/(ρ2A)各相的折算速度在两相流中是十分重要并经常运用的一个术语和参数,它暗示两相混杂物中任何一相单独流过全部通道截面积时的速度,称为该相的折算速度.容积相含率是指各相容积流量与总容积流量之比.在气液两相流体系气相的容积相含率又称为容积含气率,用β暗示,液相的容积相含率称为容积含液率.3.3 各相真实流速各相容积流量除以流淌中各相各自所占流畅截面积即为各相的真实流速.用v i暗示(i= 1,2,或i= l,g,为气液两相流;i=f,s 为流体—固相两相流).v i=Q i/A i某相的流淌在随意率性流畅截面上所占通道截面积与总的流畅截面积之比称作该相的真实相含率或截面相含率.对气液两相流,气相的真实相含率又称为截面含气率.真实含气率或闲暇率,用α暗示.而液相所占截面积与总流畅截面积之比称为截面含液率,用(1-α}暗示.即;α=A g/A 1-α=A l/A3.5 滑动比.滑移速度.漂移速度和漂移流率两相流中各相真实速度的比值称为滑动比.气液两相流的滑动比用S暗示,是气相真实速度与液相真实速度之比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暗示v s=v g-v l=J g/α-J l/(1-α)漂移速度是指轻相(如气相)速度与两相混杂物平均速度v H之差,用v D暗示v D=v g-v H两相混杂物平均速度指当滑动比S=1时两相混杂物的速度.漂移流率是指滑移速度v s的式双方乘以通分后的分母项,消去分母后的等式,用j D暗示,有j D=(v g-v l)α(1-α)=J g(1-α)-J lα3.6 两相混杂物的密度与比容两相流体的密度有两种暗示法:(1)流淌密度.指单位时光内流过截面的两相混杂物的质量与容积之比,即ρ0=W/Q(2)真实密度.指流淌刹时任一流淌截面上两相流混杂物的密度,用ρm暗示,界说如下:ρm=αρg+(1-α)ρm由截面含气率α与容积含气率β及滑移比S各自的界说可推得:显然当S=1,即v g=v l,两相间无相对速度时,α=β流淌密度才等于真实密度.比容是密度的倒数,是以,两相混杂物的比容为:4.气液两相流的流型和流型图4.1 垂直上升管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流在垂直管中上升流淌时的几种罕有流型.(1)细泡状流型细泡状流淌是最罕有的流型之一.其特点为在液相中带有分布在液体中的渺吝啬泡.直径在1mm以下的气泡是球形的.直径在1mm以上的气泡外形是多种多样的.(2)气弹状流型气弹状流型由一系列气弹构成.气弹端部呈球形而尾部是平的.在两气弹之间夹有吝啬泡而气弹与管壁之间消失液膜.(3)块块流型当管内气速增大时,气弹产生决裂形成块状流型.此时大小不一的块状气体在液流中以凌乱状况流淌.(4)带纤维的环状流型在这种流型中,管壁上液膜较厚且含有吝啬泡.管子焦点部分主如果气体,但在气流中含有由被气体从液膜带走的渺小液滴形成的长条纤维.(5)环状流型在这种流型中,管壁上有一层液膜,管子焦点部分为带有自液膜卷入的渺小液滴的气体.环状流型都产生在较高气体流速时.在受热管道中,当管壁温度高到足以使管壁液膜汽化时,流淌构造就会成长到壁上无液膜,只有气相中还含有渺小液滴的雾状流型.图3暗示有单组分气液两相流体在垂直上升受热管中的流型和管壁热流密度的关系.在图中,温度低于饱和温度的液体以固定流量进入各受热管.各受热管的热流密度依次自左向右逐渐增长.由图3可见,跟着热流密度的增大,各管中的沸腾点逐渐移向管子进口,各管中的流型也逐渐由单相液体.细泡状流型.气弹状流型.块状流型.环状流型.雾状流型一向成长到干饱和蒸汽和过热蒸汽流淌.在气液两相流中,在两相流量.流体的物性值(密度.粘度.概况张力等).管道的几何外形,管道尺寸以及热流密度肯定的前提下,要断定管内气液两相流的流型可运用流型图.流型图主如果依据实验材料总结而成的,因而运用流型图时不该超出获得该流型图的实验规模.在断定垂直上升的流型图中,图4所示的流型图得到较为广泛的运用.此图实用于空气—水和汽—水两相流,是在管子内径为31.2mm的管子顶用压力为0. 14-0.54 MPa的空气—水混杂物为工质得出的,此图和运用压力为3. 45 -6. 9 MPa的汽水混杂物在管径为12.7mm管子中得出的实验数据相符优越,所以也可实用于上述参数的汽水混杂物.图中横坐标为脚ρL J2L纵坐标为ρG J2G可分别按下列两式盘算:4.2垂直降低管中的气液两相流流型及其流型图在垂直管中气液两相一路往下贱动时的流型示于图5.这些流型是由空气—水混杂物的实验成果得出的.在气液两相做降低流淌时的细泡状流型和上升流淌时的细泡状流型不合.前者的细泡分散在管子焦点部分,尔后者则分布在全部管子截面上.如液相流量不变而负气相流量增大,则细泡将集合成气弹.降低流淌时的气弹状流型比上升流淌时稳固.降低流淌时的环状流淌有几种流型,在气相及液相流量小时,有一层液膜沿管壁下贱,焦点部分为气相,这称为降低液膜流型.当液相流量增大,气相将进人液膜,这称为带气泡的降低液膜流型,当气液两相流量都增大时会消失块状流型.在气相流量较高时能成长为焦点部分为雾状流淌,壁面有液膜的雾式环状流型.图6示出的是作降低流淌的气液两相流流型图.该图是以空气和多种液体混杂物作实验得出的,实验管径为25. 4 mm,实验压力为0.17 MPa.图6选用作横坐标,用作纵坐标Y为液相物性系数Pa·20℃,0. 1MPa时水的动力粘度Pa·s;kg/m320℃,0. 1MPa时水的密度kg/m3;20℃,0. 1MPa时水的概况张力N/m4.3程度管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在程度管中流淌时的流型种类比垂直管中的多.这主如果因为重力的影响负气液两相有离开流淌的偏向造成的.气液两相流体在程度管中流淌时流型大致可分为6种,即:细泡状流型.气塞状流型.分层流型.波状分层流型.气弹状流型及环状流型.图7中有这6种流型的示意图.在细泡状流型中,因为重力的影响,细泡大都位于管子上部.当气体流量增长时,吝啬泡归并成气塞形成气塞状流型.分层流型产生于气液两相的流量均小时甲此时,气液两相离开流淌,两相之间消失一腻滑的分界面.当气相流量较高时,两相分界面上消失流淌波,形成波状分层流型.气相流量再增大会形成气弹状流型,但此时气弹偏向管子上部.当气相流量很高而液相流量较低时就消失环状流型.程度管中的气液两相流流型也可按响应的流型图肯定.在现有的各类程度管流型图中,Baker流型图树立最早且得到广泛运用,特别在石油工业和冷凝工程设计中.图8所示为坐标经由改良后的Baker流型图.横坐标为J LФ,纵坐标为J G/λ.个中J G.J L分别为气相及液相的折算质量流速;系数λ和Ф值与流体的物性有关.5.界面现象5.1概述两相与多相流中另一个最根本最明显的特点是混杂物体系中消失明白的相界面,并且陪同着混杂物的流淌,这些相界面的状况.外形也处于不竭的活动或变更成长中.相界面是指将两种不合相的物资分离隔的区域,在此区域内的物资的特点和性质不合于相邻的区域.界面的临近区域内物资的密度和浓度均有明显的差别,在接近两相分隔的临界点,密度在与界面相垂直的偏向上是地位的持续函数.也就是说界面是一个三维区域,其厚度可能有几个分子直径大小或者更厚一些,这已经为统计力学的盘算成果所证实.所谓界面现象,是指与相界面上的动量.能量和质量传递相干的所有用应.很多物理.化学感化都产生在概况和界面上,例如沸腾和凝聚的状况会因界面上存期近等于少少量的杂质而产生明显的转变,泡沫的稳固性.湖面的波度以及镜体概况的汽水雾罩等现象都是产生在界面上的物理.化学变更.5.2速度鸿沟前提假如不斟酌相变或传质.速度相容性在单组分和双组分的两相流淌中都是雷同的.但在有相变时,就可能在界面上消失一有限的速度跳跃.流体流经界面必须知足持续性前提,假如密度有变更则速度也会有变更.囚此,相对于图9所示的相界面,在平行和垂直相界面的两个偏向上都必须知足如下的相容性前提:(1)持续切向速度请求v1t=v2t(2)穿透相界面的持续性请求ρ1v1n=ρ2v2n =m式中:m暗示垂直经由过程相界面的流体质量流量.经由过程相变进程中的平均持续速度被假设为垂直于相界面的.假如界面还正在移动.就将界面的移动速度简略地叠加到上述速度上去.5.3应力鸿沟前提概况张力是界面上每单位面积的自由能,即形成一单位概况积所需外界做的功,因为将物资分子从体相内移动到概况区是要战胜分子间的吸力而做功的.也可以把概况张力想象为概况感化在每单位长度截线上的力.界面稳固消失的须要前提是概况张力大于0,假如小于0,那么有时的涨落就可导致概况区不竭扩展,最后使一种物资完全疏散到另一种物资中,两种气体之间混杂的情形就是如许.经由过程界面的应力场的持续性因概况张力效应而转变.假如概况张力是平均的,则经由过程界面的剪切应力也是持续的.但杂质.尘土或概况活性剂的消失.或则沿界面的温度梯度等都邑引起概况张力梯度的形成.这种情形下,经由过程界面的剪切应力消失一等于概况张力梯度的突增量.6.两相流根本数理模子两相流中各相在空间和时光上随机集中,同时消失动态的互相感化.对于这种庞杂的二维两相瞬态问题,完全的解析解今朝还无法导出.人们先后提出了多种数理模子,从最简略的均相流模子一向到最庞杂的双流体模子.6.1均相流淌模子(Homogeneous Flow Model)均相流淌模子把气液两相混杂物看作是一种平均介质,相间没有相对速度,流淌参数取两相响应参数的平均值.在此基本土,可将两相流视为具有平均流体特点的单相流看待.在均相模子中采取了两个根本假设:(1)两相间处于热力学均衡状况,即两相具有雷同的温度并且都处于饱和状况;(2)气液两相的流速相等,即为平均流.其数学表达式及守恒方程如下:u G=u L=u HS=u G/u L=1动量增长率=动量流出率-动量流入率+动量存积率=感化于掌握体的力之和为通道圆周对于等截面通道的稳固流淌,这个方程简化为能量方程其实不直接用于压降的盘算,重要用来盘算绝热流淌中的局部干度,能量守衡方程为:能量流人率=能量流出率+能量存积率化简后—单位质量流体的对传播热热能现实上气液两相的流速其实不相等,只有在高含气量或很小含气量时两相流速才近似相等,是以这一模子现实上只实用于泡状流和雾状流.从前人的研讨中可以看出,均相模子的盘算成果同实验值有较大出人,误差随质量流速的减小而增大.这种误差的消失是因为均相模子假设两相之间没有速度差别.当质量流速较小时,浮力效应明显,引起两相速度间相当大的差别;而质量流速较大时,液相湍动的成果使得两相的混杂加倍平均,是以质量流速增大时误差减小.6.2分相流淌模子 ( Separated Flow M0del )分相流淌模子是将气.液两相都当作持续流体分别来处理,并斟酌了两相之间的互相感化.其根本假设是:(1)两相间保持热力学均衡;(2)气液两相的速度为常量,但不必定相等.假定气液两相都以必定的平均速度在流道中流淌.分相流淌模子在必定程度上斟酌了两相间的互相感化,盘算成果比均相模子幻想.当两相平均流淌速度相等时,分相流淌即可转化为均相模子.是以可将均相模子视为分相模子的一个特别情形.分相流淌模子实用于两相间消失微弱耦合的场合,如分层流和环状流.分相流淌的根本方程推导如下:先写出每一相的各个守恒方程,然后将每一组的守恒方程进行归并,成为混杂物的总均衡方程这也是在肯定压降时被人们广泛采取的剖析办法.持续性方程,Ge是单位长度上液体转化为气体的转化率.分相流淌模子的动量守衡方程同样可以从各相的动量方程导出,混杂物动量方程分相流淌模子的两相能量守恒方程式为:6.3漂移模子(Drift-Flux Model)这一模子重要由Zuber等人提出.它是在热力学均衡的假设下,树立在两相平均速度场基本上的一种模子.漂移模子提出了一个漂移速度的概念,当两相流以某一混杂速度流淌时,气相相对于这个混杂速度有一个漂移速度,液体则有一个反向的漂移速度以保持流淌的持续性.在守恒方程组中将相间相对速度以漂移速度来斟酌,经由过程附加的气相持续方程来描述气液两相流淌.6.4 两流体模子(Two Fluid Model)因为各相的动力学性质不完全雷同或浓度分布不平均,气.液两相的活动消失相当大的差别.上述几种模子中,均相模子完全没有斟酌两相的差别.分相模子和漂移模子在必定程度上引入了气液两相的互相感化,但仍过于简略而无法准确描述两相的活动与空间分布.今朝一致公认最为完美靠得住的模子是两流体模子.它可以用欧拉办法.拉格朗日办法来描述,每种办法都有其固有的优缺陷.工程现实中采取的办法一般基于积分法或时均紊流模子,往往不克不及供给瞬态的流淌构造.而这对于离散相的输运恰好又是异常症结的.只有拉格朗日办法可以或许斟酌离散相和瞬态流淌构造之间庞杂的互相感化,但其表达式尚消失某种程度的不肯定性,须要很多幻想化的假设.两流体模子将每一种流体都看作是充满全部流场的持续介质,针对两相分别写出质量.动量和能量守恒方程,经由过程相界面间的互相感化(动量.能量和质量的交流)将两组方程祸合在一路.这种办法只需假设每相在局部规模内都是持续介质,不必惹人其它工资假设,并且对两相流的种类和流型没有任何限制,实用于可当做持续介质研讨的任何二元混杂物,所树立的两相流方程是今朝最周全完全的,求得的解中包含的信息丰硕完全.但两流体模子包含的变量多.方程庞杂,是以求解比较艰苦.7.多相流运用7.1 高效旋风式分别器其办法是把圆筒壁面做成光滑面,使湍流加强,碰撞壁面机遇增多.旋风分别器可用于浮渣分别.豆奶脱臭.粉尘分别.喷漆分别等有强刺激气体的场合.经常运用的泵多按单相流理论设计.对于高浓度多相流,因为流体的密度.粘度都产生了很大的变更,且跟着各相浓度的不合,固相或气相均有不合变更即使扭转速度不变更.即因为粘度变更,雷诺数类似律不消失了是以.高粘流体泵的设计应按流体的流变参数斟酌.我国蔡保元传授设汁的两相流泵只斟酌固.液两相的相对活动,把固相作为动的鸿沟前提,山于两者的惯性力不合,便会产生“相。

流体力学作业题库

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流体力学作业题库一,名词解释1,流体的密度,ρ= m/V2,流体的可压缩性:在压强增加时流体体积减小或密度变大。

3,粘性;流体运动时,其内部相邻流层间有磨檫力的性质。

4,粘度:粘性的大小用粘度表示。

5,动力粘度;用帕秒做单位表示的粘度。

μ=τ/du/dy6,运动粘度;运动粘度γ= μ/ρ ,运动粘度单位是m 2/s 和mm 2/s7,牛顿内磨檫定律:F =μAdu/dy8,单位质量力:单位质量的流体所受到的质量力。

例如1kg 质量所受到的重力为g 。

9,流体的表面力:作用在流体表面上的接触力,有法向的压力和切向的粘性力,但是在平衡流体内无切向的粘性力。

10,帕斯卡定律:加在密闭容积静止液体表面上的压强能够不改变它的大小向液体内部各点等值传递。

11,欧拉平衡微分方程:fx-0=∂∂x p ρ ,fy-0=∂∂y p ρ ,fz-0=∂∂zp ρ 12,欧拉平衡微分方程的综合表达式:dp=)(fzdz fydy fxdx ++ρ13,静力学基本方程:Z 1+p 1/=g ρZ 2+p 2/g ρ 或p=p 0+ρgh14,绝对压强:以绝对真空为零基准所表示的压强。

15,表压强:以当地大气压为零基准,用压力表读数所表示的压强,是绝对压强减去大气压所得到的正的差值压强。

16,真空度;当绝对压强低于大气压时有真空,真空度是大气压减去绝对压强所得到的正的差值压强。

当绝对真空时,真空度有最大值,真空度最大值等于大气压。

17,惯性系:把坐标系安装在做匀速直线运动或静止状态的物体上是惯性系,实用上,把地球作为运动的参照物,把坐标系固定在地球上,称为惯性系。

18,惯性系中的流体平衡:当合外力为零时,流体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态。

19,非惯性系:坐标系固定在相对于地球做变速运动的容器上。

20,非惯性系中的流体平衡:容器和容器中的液体虽然都相对地球做变速运动,但液体各部分之间以及液体与容器之间没有相对运动。

流体力学作业试题库及答案

流体力学作业试题库及答案

资料范本本资料为word版本,可以直接编辑和打印,感谢您的下载流体力学作业试题库及答案地点:__________________时间:__________________说明:本资料适用于约定双方经过谈判,协商而共同承认,共同遵守的责任与义务,仅供参考,文档可直接下载或修改,不需要的部分可直接删除,使用时请详细阅读内容第一章绪论思考题1-1 何谓流体连续介质模型?含有气泡的液体是否适用连续介质模型?答:所谓流体的连续介质模型,即把流体视为没有间隙地由流体质点充满它所占据的整个空间的一种连续介质其物理性质和物理量也是连续的。

若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话,则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。

习题11-3 如题图所示,设平行板间隙为0.5mm,中间充满液体,上板以U=0.25m/s的速度平移,施于单位面积的力为2Pa,试求液体的粘度为多少?解:液体粘度1-4 求题图所示的轴与轴套之间的流体粘度。

解:第二章流体静力学习题22-5 用多管水银测压计测压,,题图中标高的单位为m,试求水面的压强p0。

解:2-9 一盛水的敞口容器作加速运动,试求下列两种情况下容器内静压强的分布规律:(1)自由降落;(2)以等加速度a向上运动。

解:(1)(2)2-12 试求开启题图所示水闸闸门所需的单宽拉力F。

不计闸门自重及转轴摩擦力。

解:2-16 试定性绘出题图中各ABC曲面的压力体图。

答:第三章流体运动基本原理习题33-1 已知二元流,其流速分布为ux=x2t,uy= -2xyt。

试求t=1,点(-2,1)处的流线方程和迹线方程。

解:3-3 已知流速场为。

试问(1)它是均匀流吗?(2)它是无旋流吗?解:(1)(2)3-5 试求题3-3中的旋转角速度。

解:根据题3-3所列方程,可得3-9 已知流函数,试求速度势函数。

解:第四章恒定总流基本方程4-5 有一管路,由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成。

已知dA=200mm,dB=400mm,A点相对压强pA为6.86×104N/m2,B点相对压强pB为3.92×104N/m2;B点处的断面平均流速vB为1m/s。

流体力学作业2答案

流体力学作业2答案

作业2答案(第3章、第4章)第3章一、选择题1、流体运动的连续性方程是根据(C)原理导出的。

A、动量守恒B、质量守恒C、能量守恒D、力的平衡2、流线和迹线重合的条件为( C )A、恒定流B、非恒定流C、非恒定均匀流二、判断题1、以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。

(正确)2、恒定流一定是均匀流。

(错误)3、涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。

(正确)4、无旋流就是无涡流。

(正确)5、非均匀流一定是非恒定流。

(错误)三、简答题1、述流体运动的两种方法是什么?简述其内容。

答:研究流体运动有两种不同的观点,因而形成两种不同的方法:一种方法是从分析流体各个质点的运动着手,即跟踪流体质点的方法来研究整个流体的运动,称之为拉格朗日法;另一种方法则是从分析流体所占据的空间中各固定点处的流体的运动着手,即设立观察站的方法来研究流体在整个空间里的运动,称其为欧拉法2. 流体微团体运动分为哪几种形式?答:①平移②线变形③角变形④旋转变形。

3. 写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。

(改为:写出恒定平面势流中流函数具有的性质,流函数与流速势的关系。

)答:流函数具有的性质(1)流函数相等的点组成的线即流线,或曰,同一流线上个点的流函数为常数。

(2)两流线间的函数值之差为为单宽流量。

(3)平面势流的流函数为一个调和函数。

答:流函数与流速势的关系(1)流函数与势函数为调和函数。

(2)等势线与等流函数线正交。

4.什么是过流断面和断面平均流速?为什么要引入断面平均流速?答:与流线正交的断面叫过流断面。

过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。

引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。

5.如图所示,水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道,试问:(1)当阀门开度一定,上游水位保持不变,各段管中,是恒定流还是非恒定流?是均匀流还是非均匀流?(2)当阀门开度一定,上游水位随时间下降,这时管中是恒定流还是非恒定流?(3)恒定流情况下,当判别第II 段管中是渐变流还是急变流时,与该段管长有无关系?答:(1)是恒定流。

流体力学多相流自学作业

流体力学多相流自学作业

多相流及其应用1.两相与多相流得定义与分类在物理学中物质有固、液、气与等离子四态或四相。

单相物质得流动称为单相流,两种混合均匀得气体或液体得流动也属于单相流。

同时存在两种及两种以上相态得物质混合体得流动就就是两相或多相流。

在多相流动力学中,所谓得相不仅按物质得状态,而且按化学组成、尺寸与形状等来区分,即不同得化学组成、不同尺寸与不同形状得物质都可能归属不同得相。

在两相流研究中,把物质分为连续介质与离散介质。

气体与液体属于连续介质,也称连续相或流体相。

固体颗粒、液滴与气泡属于离散介质,也称分散相或颗粒相。

流体相与颗粒相组成得流动叫做两相流动。

自然界与工业过程中常见得两相及多相流主要有如下几种,其中以两相流最为普遍。

(1) 气液两相流气体与液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。

它又可以分单组分工质如水—水蒸气得汽液两相流与双组分工质如空气—水气液两相流两类,前者汽、液两相都具有相同得化学成分,后者则就是两相各具有不同得化学成分。

单组分得汽液两相流在流动时根据压力与温度得变化会发生相变。

双组分气液两相流则一般在流动中不会发生相变。

自然界中如下雨时得风雨交加,湖面与海面上带雾得上升气流、山区大气中得云遮雾罩。

生活中沸腾得水壶中得循环,啤酒及汽水等夹带着气泡从瓶中注人杯子得流动等都属于气液两相流。

现代工业设备中广泛应用着气液两相流与传热得原理与技术,如锅炉、核反应堆蒸汽发生器等汽化装置,石油、天然气得管道输送,大量传热传质与化学反应工程设备中得各种蒸发器、冷凝器、反应器、蒸馏塔、汽提塔,各式气液混合器、气液分离器与热交换器等,都广泛存在气液两相流与传热现象。

(2) 气固两相流气体与固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。

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、粮食加工与化工工业中广泛应用得气力输送、气流千燥、煤粉燃烧、石油得催化裂化、矿物得流态化焙烧、气力浮选、流态化等过程或技术,都就是气固两相流得具体实例。

流体力学作业及答案1

流体力学作业及答案1

5. Prove that ∇ × (∇ × a) = ∇(∇ · a) − ∆a Solution(1):
∇ × (∇ × a) = ijk∂j klm∂lam
= ijk klm∂j ∂lam with clockwise permutation of the Einstein notation index = kij klm∂j ∂lam use the − δ identity in equation (3)
A12 0 −A23
A13 T23 (anti − symmetric) 0
SijAij = S11A11 + S12A12 + S13A13 + S21A21 + S22A 22 + S23A23 + S31A31 + S32A32 + S33A33
4SijAij =(T12 + T21)(T12 − T21) + (T13 + T31)(T13 − T31)+ (T21 + T12)(T21 − T12) + (T23 + T32)(T23 − T32)+ (T31 + T13)(T31 − T13) + (T32 + T23)(T32 − T23)
MAE303 - Homework 1
x.chen.29@
September 2019
1. Using Cartesian coordinates where the position vector is x = (x1, x2, x3) and the
fluid velocity is u = (u1, u2, u3), the nonlinear terms in the famous Navier-Stokes equation

流体力学中的多相流问题

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。

流体力学作业题(1)

流体力学作业题(1)

2.3 如图,用U 型水银测压计测量水容器中某点压强,已知H 1=6cm ,H 2=4cm ,求A 点的压强。

解:选择水和水银的分界面作为等压面得11222()γγ++=+a A p H H p H故A 点压强为:511212() 1.1410Pa γγγ=++-=⨯A a p p H H2.5 水压机是由两个尺寸不同而彼此连通的,以及置于缸筒内的一对活塞组成,缸内充满水或油,如图示:已知大小活塞的面积分别为A 2,A 1,若忽略两活塞的质量及其与圆筒摩阻的影响,当小活塞加力F 1时,求大活塞所产生的力F 2。

帕斯卡定律:加在密闭液体上的压强,能够大小不变地由液体向各个方向传递。

根据静压力基本方程(p=p 0+ρgh),盛放在密闭容器内的液体,其外加压强p 0发生变化时,只要液体仍保持其原来的静止状态不变,液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。

这就是说,在密闭容器内,施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。

这就是帕斯卡原理,或称静压传递原理。

解:由111F p A =,222Fp A =,根据静压传递原理:12p p = 1221F A F A ⇒=2.6如图示高H =1m 的容器中,上半装油下半装水,油上部真空表读数p 1=4500Pa ,水下部压力表读数p 2=4500Pa ,试求油的密度ρ。

解:由题意可得abs1a 1p p p =-,abs2a 2p p p =+abs1abs222H H p gp ργ++= 解得abs2abs1213()()22836.7kg/m 22a a H Hp p p p p p gH gH γγρ--+---===2.7 用两个水银测压计连接到水管中心线上,左边测压计中交界面在中心A 点之下的距离为Z ,其水银柱高度为h 。

右边测压计中交界面在中心A 点之下的距离为Z+∆Z ,其水银柱高为h+∆h 。

(1)试求∆h 与∆Z 的关系。

(2)如果令水银的相对密度为13.6,∆Z=136cm 时,求∆h 是多少?解:(1)分别取测压计中交界面为等压面得,a 12AA 2a 1()()p h z p p z z p h h γγγγ+=+⎧⎨++∆=++∆⎩ 解得∆h 与∆Z 的关系为:h z ∆=∆12γγ (2)当∆Z=136cm 时,cm 1012=∆=∆γγzh 2.9 如图示一铅直矩形平板AB 如图2所示,板宽为1.5米,板高h =2.0米,板顶水深h 1=1米,求板所受的总压力的大小及力的作用点。

多相流体力学作业

多相流体力学作业

多相流技术的发展现状自然界中物体的形态是多种多样的,但最常见的为固态、液态和气态。

处于固态的物体称为固体,处于液态的物体称为液体,处于气态的物体称为气体。

由于热力学中将物体中每一个均匀部分称为一个相,因此,各部分均匀的固体、液体和气体可分别称为固相物体、液相物体和气相物体或统称为单相物体。

由于液体和气体具有流动的特性,两者一般统称为流体。

因此,各部分均匀的气体或液体的单独流动可称为单相流体的流动或简称为单相流。

当流体各部分之间存在差异时,这一流体称为多相流体。

例如,气体和液体的混合物,气体和固体颗粒的混合物,液体和固体颗粒的混合物以及气体、液体和固体颗粒的混合物等都是多相流体。

多相流体简称为多相流。

多相流的特点为在多相流中各相之间存在分界面,且该分界面随着流动在不断变化。

例如,水夹带着气泡在管子中流动,水和每个气泡之间都存在分界面。

但是在流动过程中,每个气泡在水中的形状和位置随时在变化,小气泡有时还会合并成较大气泡。

因而水和气泡的分界面随着流动是在不断变化的。

所以,一般可将多相流定义为存在变动分界面的多种独立物质组成的流动。

由于固体物质具有一定的形状和体积,因而固体是无法与气体或液体混合成均匀的单相流体的。

因此,由固体颗粒与气体或液体组成的混合流动均属多相流。

各种液体混合在一起,有时可成为一种单相流体,如水与酒精的混合物;有时则不能,例如,水与油的混合或水与水银的混合等。

因此,各种液体的混合流动可能是单相流,也可能是多相流。

各种气体混合时,由于气体的扩散性强,一般都能混合均匀,成为一种单相流体。

因此,各种气体的混合物流动均可视为单相流。

多相流根据参与流动各相的数目一般可分为两相流和三相流两类,其中尤以两相流最常见。

两相流这一术语在20世纪30年代首先出现于美国一些研究生论文中。

随后逐渐见于正式出版的学术刊物上。

两相流可分为四种:气体和液体一起流动的称为气液两相流;气体与固体颗粒一起流动的称为气固两相流,液体与固体颗粒一起流动的称为液固两相流;两种不能均匀混合的液体一起流动的称为液液两相流。

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多相流技术的发展现状自然界中物体的形态是多种多样的,但最常见的为固态、液态和气态。

处于固态的物体称为固体,处于液态的物体称为液体,处于气态的物体称为气体。

由于热力学中将物体中每一个均匀部分称为一个相,因此,各部分均匀的固体、液体和气体可分别称为固相物体、液相物体和气相物体或统称为单相物体。

由于液体和气体具有流动的特性,两者一般统称为流体。

因此,各部分均匀的气体或液体的单独流动可称为单相流体的流动或简称为单相流。

当流体各部分之间存在差异时,这一流体称为多相流体。

例如,气体和液体的混合物,气体和固体颗粒的混合物,液体和固体颗粒的混合物以及气体、液体和固体颗粒的混合物等都是多相流体。

多相流体简称为多相流。

多相流的特点为在多相流中各相之间存在分界面,且该分界面随着流动在不断变化。

例如,水夹带着气泡在管子中流动,水和每个气泡之间都存在分界面。

但是在流动过程中,每个气泡在水中的形状和位置随时在变化,小气泡有时还会合并成较大气泡。

因而水和气泡的分界面随着流动是在不断变化的。

所以,一般可将多相流定义为存在变动分界面的多种独立物质组成的流动。

由于固体物质具有一定的形状和体积,因而固体是无法与气体或液体混合成均匀的单相流体的。

因此,由固体颗粒与气体或液体组成的混合流动均属多相流。

各种液体混合在一起,有时可成为一种单相流体,如水与酒精的混合物;有时则不能,例如,水与油的混合或水与水银的混合等。

因此,各种液体的混合流动可能是单相流,也可能是多相流。

各种气体混合时,由于气体的扩散性强,一般都能混合均匀,成为一种单相流体。

因此,各种气体的混合物流动均可视为单相流。

多相流根据参与流动各相的数目一般可分为两相流和三相流两类,其中尤以两相流最常见。

两相流这一术语在20世纪30年代首先出现于美国一些研究生论文中。

随后逐渐见于正式出版的学术刊物上。

两相流可分为四种:气体和液体一起流动的称为气液两相流;气体与固体颗粒一起流动的称为气固两相流,液体与固体颗粒一起流动的称为液固两相流;两种不能均匀混合的液体一起流动的称为液液两相流。

三相流可分为两种:气体、液体和固体颗粒共同流动的称为气液固三相流;两种不能均匀混合的液体和气体一起流动的称为液液气三相流。

当然,也存在气体、多种不能均匀混合的液体和固体颗粒一起流动的工况。

这种流动可以根据参与流动各相的数目另行命名。

还可以根据参加流动的各组分对多相流进行分类。

以气液两相流为例,可分为单组分气液两相流与双组分气液两相流。

例如,水蒸汽和水的组分是相同的,其分子式均为H2O ,只是水汽化后变成了水蒸汽。

所以汽水混合物的流动属于单组分气液两相流。

空气和水的组分是不同的, 所以空气和水的混合物流动属于双组分气液两相流。

单组分气液两相流在流动过程中根据压力变化的不同有可能发生相变,即部分液体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结为液体。

双组分气液两相流中不同组分流体之间是不会发生含量变化的,但在同组分流体中根据压力变化也有可能发生相变。

根据换热情况的不同,多相流还可分为与外界无加热或冷却等热量交换过程的绝热多相流和有热量交换的多相流。

在有热交换的多相流中伴随着流动过程常会发生单组分工质的相变(即液体汽化成蒸汽或蒸汽凝结成液体)。

多相流体力学是研究多相流体在绝热流动或具有热交换流动时的力学的科学,因而其形成与发展过程是和流体力学以及传热学等学科的发展关系密切,并且这些学科的发展都和世界经济与工程技术的进展有着密切的关系。

多相流在自然界、工程设备乃至日常生活中都是广泛存在的。

自然界中常见的夹着灰粒、尘埃或雨滴的风,夹着泥沙奔流的河水以及湖面或海面上带雾的上升气流等均为多相流的实例。

在日常生活中常见的烟雾,啤酒夹着气泡从瓶中注入杯子的流动过程以及沸腾的水壶中水的循环也都属于多相流的范畴。

严格地说,即使在一般认为是单相流体的液体和气体中也往往含有另一相的成分在内。

例如,当温度降低时,含于气体中的水蒸汽就会凝结,使气体带有微量水分。

又如在水流中几乎也总含有少量空气。

但是,在这些情况下,由于气体或液体中所含另一相数量微小,所以仍可看作单相流体。

在工程设备中,多相流工况也是经常遇到的。

在动力、核能、化工、石油、制冷、冶金等工业中就存在各种气液两相流工况。

例如,在核电站、火力发电站中的各种沸腾管、各式气液混合器、气液分离器、各种热交换设备、精馏塔、化学反应设备、各式冷凝器及蒸发器等都广泛存在气液两相流体的流动和传热现象。

气固两相流工况在工程中也是常见的。

在动力、水泥、冶金、粮食加工和化工等工业中广泛应用的管道气力输送就是一种气固两相流。

气力输送中应用气体输送的固体颗粒是多种多样的,有煤粉、水泥、矿石、盐类、谷类以及面粉等。

虽然气力输送的固体颗粒品种和颗粒尺寸不同,但从本质上看都属于气固两相流的范畴。

此外,在采用流化床燃烧的锅炉中,炉膛流化床上空气和燃料颗粒的流动工况以及煤粉锅炉炉膛中的流动工况也都是气固两相流工况。

液固两相流在工程中的典型例子为水力输送。

水力输送广泛见用于动力、化工、造纸以及建筑等工业。

在这些工业中,用水力沿管道输送的有各种固体颗粒, 如烟煤、泥煤、矿料、矿石、盐类等。

也有用水和各种细颗粒混合成浆状输送物进行输送的,如水煤浆、纸浆及建筑材料浆等。

其他,像火力发电厂锅炉的水力除渣管道中流动的水渣混合物也属液固两相流的范畴。

至于液液两相流可用化工中的乳浊液流动工况及石油工业中的油水混合物为其工程实例。

在工程中还存在不少三相流的工况。

例如,在浆状流体中,除存在固相和液相外,有时还含有气相(空气)。

化学工程中采用的各种气液固三相流化床工况中有气体、液体和固体颗粒一起流动。

在油田开采出来的原油中,除去原油和天然气外还带有水。

这些流体的流动工况都属于三相流的范畴。

在油田开采出来的流体中,有时除原油、气体和水外还夹有沙粒,这种流体的流动就属于四相流。

多相流体力学是研究多相流体在绝热流动或具有热交换流动时的力学的科学,因而其形成与发展过程是和流体力学以及传热学等学科的发展关系密切,并且这些学科的发展都和世界经济与工程技术的进展有着密切的关系。

目前处理多相流的问题,大多是从宏观出发,根据单相流体的连续性理论,对多相流加以修正。

为了进一步阐明多相流的运动规律,各国学者十分重视对多相流机理的研究,以便从微观出发来研究多相流的问题。

美、德、俄等国在20世纪20年代已开始了多相流体力学的研究,日本始于50年代,我国在60年代也开始了这方面的研究工作。

我国在多相流体力学和传热方面的研究工作开展得十分活跃,举办了一系列多相流与传热的国际和国内学术会议,建立了动力工程多相流国家重点实验室。

许多高等院校和中国科学院相关研究所都在积极开展多相流与传热方面研究工作并取得不少重要成果。

我国多相流技术始于上世纪70年代,当初的计划是用于发展海上大型气田和凝析气田。

这就要求更好地掌握管线多相流的现象及水力特性。

对多相流的研究集中在管线内气体和液体的相互影响上,以便使工程技术人员能按最佳性能设计多相流管线。

开始此项研究时,工业界对未处理的油井采出物以及“间歇流”对立管、平台上层结构和陆上设施三者的设计影响都不十分了解。

自工业界开始开发和研制多相泵和多相流量计以来,众多的制造公司、经营者、技术集团和研究院采用不同的方法从广泛的角度上进行了研究。

这是由于技术人员就增压和计量的最佳技术解决方法缺乏统一认识所致;唯一共识的是,一种设备无论是泵还是流量计都不可能适应于所有的流体条件,如不同的截面含气率和油水组份等。

对于流动结构,日本神户大学坂口忠司等研究了水平通道的水流中侵入大气泡或形成气穴时的流动结构特性。

这种情况在轻水反应堆失冷事故,锅炉水平管中发生干涸, 水平管中气液二相流弹状流动以及重力流动时发生。

通过试验求得了大气泡沿遁道的速度特性及大气泡运动速度的关联式。

日本京都大学荻原良道等研究了下降环状二相流薄层液膜中界面波的结构特性,得出了在脉动波和扰动波结构时界面波的基本特性。

埃及亚历山大大学Sorour研究了垂直环管中泡状流和弹状流的转变以及泡状流时空气和水的棍合特性。

波兰沃波雷工业大学Troniewski等研究了垂直和水平矩形通道中气液混合物的流型与压降,提出了垂直管的通用流型图,修正了水平管的Baker图。

在核能发电方面,常规压水堆核电站因反应堆出口水冷却剂温度较低,其发电效率不高,一般为30 %左右。

新一代的高温气冷堆核电站由于采用了新型燃料元件和以氦气作冷却剂,可使反应堆出口的冷却温度大为提高,从而使核电站发电效率提高到40 %以上。

在此新型核电工程中,除蒸汽轮机、凝汽器中存在的一系列湿蒸汽两相流和凝结问题外,由于其蒸汽发生器中的给水蒸发管是由像弹簧一样的螺旋管构成的,所以还要研究这种螺旋管中具有热交换的汽水混合物的多相流体力学和沸腾传热问题。

因此,多相流体力学也是开发这种新一代核电站的重要理论基石。

在未来可作为可持续发展能源之一的托卡马克型受控核聚变反应堆核电站中,核燃料发生热核聚变反应并释放出大量热能。

此热量先由熔解的锂层吸收并将其传给置于锂层中的液态钾蒸发管。

使液态钾产生钾蒸汽并以此驱动钾蒸汽轮机发电机组发电。

钾蒸汽轮机排出的钾蒸汽温度仍较高,可再通入蒸汽发生器,将其中的水加热成水蒸汽。

自蒸汽发生器引出的钾已被凝结成液态钾,可引入液态钾蒸发管循环使用。

自蒸汽发生器引出的水蒸汽可用来驱动蒸汽轮机发电机组发电。

蒸汽轮机排汽用凝结器凝结成水再回入蒸汽发生器循环使用。

由上所述可见,要开发研制这种新型核电站,除了需掌握常规凝汽式电站中蒸汽轮机发电机组的一系列湿蒸汽两相流和凝结传热理论外,还需研究液态钾在管内流动汽化时的沸腾换热的气液两相流体力学问题,钾蒸汽在钾蒸汽轮机中的湿蒸汽流动过程和在蒸汽发生器中的湿钾蒸汽凝结问题等。

因此,多相流体力学也是发展这种新型核电工程的一种重要理论基石。

针对相的分布与份额,加拿大安大略水力研究所Chan等研究了有浸没的水平式加热器的容器内沿水平管束池沸腾的截面含汽率分布和截面含汽率值,用50毫居钴-57伽马密度计测定加热器上部截面含汽率分布,液位和液面波动用浮子连接线性变化的差接变压器(LVDT)检测,容器内的平均截面含汽率可直接由LVDT测量得出,也可由局部截面含汽率分布积分求得。

在现代制冷工程中,无论是蒸汽压缩式制冷设备、溴化锂吸收式制冷设备或是新的应用热虹吸原理代替泵的无泵吸收式制冷设备中都只有在多相流体力学指导下,掌握其工作机理才能进行开发和研制。

医药卫生方面的血清、疫苗、药物乃至眼球等组织器管的低温保存设备和冷手术刀等的设计和正常操作均与多相流体力学理论有着密切的关系。

在现代叶轮机械工程中有不少叶轮机械的工质为两相流体或多相流体,诸如锅炉排粉机和引风机中的气固两相流体,用于海洋石油开采的油气混输泵中的油气工质和汽轮机尾部叶轮中的湿蒸汽工质等。

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