两相流体动力学

1.1什么是两相流动
相是具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分，也可以说相是物质的单一状态，如固态、液态和气态等，在两相流动的研究中往往将其称为固相、液相和气相。

一般来说，各相须有明显可分的界面。

想流动指的是两种都相同存在的流动。

有时用两相元流动来描述如空气-水这样的流动，由于其中的两相不是相同的化学物质，所以就用了两相组元这个名词。

另外，在有些两相组元流动中，其中的两相组元都可处于相同的状态，如油-水，水-汞的流动。

由于油滴和水，汞滴和水有明显可分的界面，人们习惯地将这类流动称为两相流动，其中一相指的是连续组元，另一相指的是非连续组元。

因为再熟悉上描述连续流动或两组元流动的控制方程是相同的，实际上选择哪一个定义并不重要，所以才本书的叙述和公式推导中，将把两种表达式视为同类。

普通的两相流动的例子有很多。

譬如发生在自然界的雾、雨、云、雪、流冰、流砂尘暴以及泥浆等。

另外，还有在厨房和餐室中屡次见到的一些例子，譬如，沸腾的水、沏茶、搅拌鸡蛋、搅动糖水等。

在日常生活的饮食过程中，包括了许多不同的两相流动和流型。

譬如煮咖啡的过程中，在咖啡壶中首先把水煮沸成蒸汽泡，然后交替地有液团或蒸汽团经过中心管道上升，热水渗过咖啡渣，最后滴流到壶中。

但啤酒从瓶子倒出的时候，其流量受到瓶颈部的团状泡沫流集结上升，在玻璃杯上面形成受人喜欢的泡沫。

制作面包和糕点时，开始有一个多相的混合过程，蒸烤时放出气泡。

人们在吃这些食品时，嚼和咽的过程实际上是最普通的多相流动想象，只的不被人们注意而已。

生物系中含有极少的纯液体，人体中所含的液体，如血液、
1.2解析方法
两相流动与单相流动，一样服从流体力学的所有基本定律。

不过，其控制方程比单相流动更复杂和更多一些。

譬如，描述一维气体流动的控制方程有连续方程、动量守恒和能量守恒方程以及气体状态方程，共四个方程。

而描述一维气体-颗粒两相流动的控制方程有两个相的连续方程、动量守恒和能量守恒方程以及气体状态方程，共七个方程。

半关系经验式
根据选定的一些变量一句实验数据整理出的半经验关系式，在获得设计方程的方便途径，这样做计算工作量最少。

未经整理的最原始的一些关系式只是数学上的运算关系，容易利用现代计算机完成这些运算，而更为先进的方法是利用量纲分析或在逻辑推算的基础上，将几个变量组合在一起组成相似准则。

半经验关系式的一个优点是使用简便。

只要将它用在与取原始数据相类似的情况下，就可以得到非常满意的结果。

在统计范围内原始数据通常是已知的。

然而，如果不加任何选择地将半经验关系式用在各种条件下，就会完全弄错，况且，由于通过半经验关系式对于基本现象仅仅是有些初步认识，不可能从中得到改进性能或提高预估精度的方法。

一般来说除非半经验关系式在其应用范围内具有实用价值，本书将不予采用。

简单的解析模型
为考虑流动细节的很简单的解析模型，对于整理试验结果和预估设计参数都可能非常有用。

譬如，在均匀流动模型中，将其中的组元当作具有平均性质的准流体来处理，这样就不会遇到详细描述流型的麻烦。

对于液滴在气体中形成的悬浮体、泡沫或气体在液体上的分层流动，都依照上述方式处理。

在分离流动模型中，假设各相并排地流动。

对于每一相写出其独立的方程，并同时考虑两相之间的相互作用。

在漂移流动模型中，把两者的注意力集中在两相的相对运动上。

积分解析法
一维积分解析法从假设流管中的速度分布和浓度分布的函数入手，这些函数满足适当的边界条件。

然后再使流体力学的基本方程变成积分形式的方程。

在计算单相的边界层时，也常使用这个方法。

微分解析法
在微分解析法中，速度场合浓度场是根据适当的微分方程推导出来的。

这些微分方程通常满足一维流动的理想化条件。

像在单相湍流中所用的理论一样，对于两相湍流也将参数时均化，在写出时均化形式的方程。

只有利用更复杂的理论推导出的方程，才可能把瞬时变量考虑进去。

在本书中，我们将尽量弄清楚复杂程度不同的各种方法究竟是怎样联系的。

复杂程度较高的理论使得在方程中多出了一些附加效应项并要求一些修正系数预估出其具体数值来，可以把这些修正系数用在简单理论中，以提高计算精度。

1.3流动状态
因为两相流的流动状态是决定了两相流的传热、传质特性以及在管道中的压力损失特性的重要因素，所以在给定的条件下，预知有什么样的流态是研究两相流首先要解决的问题。

1.4主要参数的意义和关系
在讨论和分析两相流动的具体内容以前，有必要对有关的术语下确切的定义。