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  • 两相流

    两相流,是由两相物质组成的流动系统,具有多种流动形态。

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    正文/两相流 编辑

      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反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。有相变时的传热、塔设备中的气体吸收、液体精馏、液体萃取以及搅拌槽或鼓泡塔中的化学反应过程等,都涉及两相流。自然界和其他工程领域中两相流也广泛存在,例如:雨、雪、云、雾的飘流,生物体中的血液循环,水利工程中的泥沙运动和高速掺气水流,环境工程中烟尘对空气的污染等。
      类型  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(图1、表1);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(图2、表2)。

    两相流两相流
     
    两相流两相流

    两相流两相流
     
    两相流两相流

      两相流的研究  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。
      研究两相流的方法  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。
      两相流的实验研究,是掌握两相流规律的基本方法。目前广泛应用光学法(包括光吸收、散射、干涉、折射等),其他辐射吸收和散射法,示踪法,以及电容和电导法等测定两相流中的重要参数,如压力、空隙率、平均膜厚、液滴直径、运动速度等。在某种意义上说,对两相流规律更深入的了解,有赖于实验技术的进步。

     

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