第三章多相流及其测量方法资料重点

第三章 多相流及其测量方法
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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 有时也把这样的两相流称为多相流。
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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。
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；
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。
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
第三章 多相流及其测量方法
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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；
2、多相流的引入
单相流与多相流： 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 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。
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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。
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。
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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。
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。
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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。
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。
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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 ；
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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。
（5）气液液、气液固和液液固多相流 。
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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；