两相流体力学研究综述.doc

两相流体力学研究综述 1. 引言两相流是以工程热物理学为基础, 为满足能源、动力、化工、石油、航空、电子、医药等工业进步的要求, 而与数学、力学、信息、生物、环境、材料、计算机等学科相互融合交叉而逐步形成和发展起来的一门新兴交叉学科。两相流早日形成统一的学术理论和成熟的应用技术,对21 世纪全球所面临的生态环境和能源资源两个焦点问题的解决将有很大的推动作用, 是人类在 21 世纪可持续发展中面临的重大技术问题之一。该工程领域的突破能促进全球能源与环境经济的进步。在瓦特(Watt) 发明蒸汽机以后, 随着工业技术的发展, 两相流的研究开始得到重视。 187 7 年 Boussine s 系统研究了明渠水流中泥沙的沉降和输运问题,191 0年,Malloc k 研究了声波在泡沫液体介质中传播时强度的衰减过程。 20 世纪 40 年代前, 一些有价值的气液两相流不稳定性以及锅炉水循环中气液两相流问题的经典论文, 以及研究成果分散在各工业部门, 很少系统研究成果。两相流的术语在 20 世纪 30 年代首先出现于美国的一些研究生论文中;1943 年, 苏联首先将这一术语应用于正式出版的学术刊物上; 其后 1949 年在 - 杂志上也出现了两相流(two-phase flow) 这一名词。中国对于两相流的研究起步于 20 世纪 60 年代。 20世纪 80 年代以来, 除相关论文以外, 陆续出版了一些关于两相流的教材和专著, 如陈之航(1983) 、佟庆理(1982) 、陈学俊、林宗虎、张远君等(1987) 、方丁酉(1988) 、周强泰(1990) 、周力行、李海青(1991) 、吕砚山(1992) 、刘大猷(1993) 、郭烈锦(2002) 、林建忠(2003) 等。虽然有如此多的文献和著作, 但两相流的研究历史还不是很长, 对于两相流的理论研究尚处于发展阶段, 大量的问题还是靠试验和经验来解决, 严格地从数学角度建立数学模型来解决问题, 是两相流成为系统的科学还需要一个过程。 2. 两相流分类相是具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分, 即相是物质的单一状态, 如固态、液态和气态。在两相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般来说, 各相有明显的分界面。两相流就是指物质两相同时并存且具有明显相界面的混合流动。相的概念在不同学科中界定有所不同。在物理学中: 物质分固、液、气和等离子体四相或四态。单相物质及两相混合均匀的气体或液体的流动都属于单相流; 同时存在两种或两种以上相态的物质混合体的流动称为两相或多相流。在多相流体力学中: 从力学的观点来看, 不同速度、不同温度和不同尺寸的颗粒、液滴或气泡具有不同的力学特性, 因此可以是不同的相。对于颗粒相大小很分散的两相流, 可以按颗粒大小相近的原则分组而使其动力学性质相似, 不同的组用不同的动力学方程来描述, 这样的两相流也称为多相流。从物态的角度来看, 不同物态、不同化学组成、不同尺寸和形状的物质也可能属于不同的相。两相流动中, 把物质分为连续介质和离散介质。气体和液体属于连续介质, 称为连续相或流体相; 固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质, 称为分散相或颗粒相。流体相和颗粒相组成的流动称为两相流。这里颗粒相可以是不同物态、不同化学组成和不同尺寸的颗粒, 从而使复杂的多相流动简化。两