兩相流

兩相物質(至少一相為流體)所組成的流動系統。若流動系統中物質的相態多於兩個，則稱為多相流，兩相或多相流是化工生產中為完成相際傳質和反應過程所涉及的最普遍的粘性流體流動。有相變時的傳熱、塔設備中的氣體吸收、液體精餾、液體萃取以及攪拌槽或鼓泡塔中的化學反應過程等，都涉及兩相流。

基本介紹

• 中文名：兩相流
• 外文名：two phase flow
• 所屬領域：自然界和其他工程領域
• 所屬門類：工程技術

兩相流（two phase flow ）

自然界和其他工程領域中兩相流也廣泛存在，例如：雨、雪、雲、霧的飄流，生物體中的血液循環，水利工程中的泥沙運動和高速摻氣水流，環境工程中煙塵對空氣的污染等。

兩相流類型

通常根據構成系統的相態分為氣液系、液液系、液固系、氣固系等。氣相和液相可以以連續相形式出現，如氣體-液膜系統；也可以以離散的形式出現,如氣泡-液體系統，液滴-氣體系統。固相通常以顆粒或團塊的形式處於兩相流中。

兩相流的流動形態有多種。除了同單相流動那樣區分為層流和湍流外，還可以依據兩相相對含量（常稱為相比）、相界面的分布特性、運動速度、流場幾何條件（管內、多孔板上、沿壁面等）劃分流動形態。對於管內氣液系統，隨兩相速度的變化，可產生氣泡流、塞狀流、層狀流、波狀流、衝擊流、環狀流、霧狀流等形態；對於多孔板上氣液系可以產生自由分散的氣泡、蜂窩狀泡沫、活動泡沫、噴霧等形態。

兩相流的研究

兩相流研究的一個基本課題是判斷流動形態及其相互轉變。流動形態不同，則熱量傳遞和質量傳遞的機理和影響因素也不同。例如多孔板上氣液兩相處於鼓泡狀態時，正系統混合物（濃度增加時表面張力減低）的板效率(見級效率)高於負系統混合物（濃度增加時表面張力增加）；而噴射狀態下恰好相反。兩相流研究的另一個基本課題，是關於分散相在連續相中的運動規律及其對傳遞和反應過程的影響。當分散相液滴或氣泡時，有很多特點。例如液滴和氣泡在運動中會變形，在液滴或氣泡內出現環流，界面上有波動，表面張力梯度會造成複雜的表面運動等。這些都會影響傳質通量，進而影響設備的性能。兩相流研究的課題，還有兩相流系統的摩擦阻力，系統的振盪和穩定性等。

研究兩相流的方法

兩相流的理論分析比單相流困難得多，描述兩相流的通用微分方程組至今尚未建立。大量理論工作採用的是兩類簡化模型：①均相模型。將兩相介質看成是一種混合得非常均勻的混合物，假定處理單相流動的概念和方法仍然適用於兩相流，但須對它的物理性質及傳遞性質作合理的假定；②分相模型。認為單相流的概念和方法可分別用於兩相系統的各個相，同時考慮兩相之間的相互作用。兩種模型的套用都還存在不少困難，但在計算技術發展的推動下頗有進展。

兩相流的實驗研究，是掌握兩相流規律的基本方法。目前廣泛套用光學法（包括光吸收、散射、干涉、折射等），其他輻射吸收和散射法，示蹤法，以及電容和電導法等測定兩相流中的重要參數，如壓力、空隙率、平均膜厚、液滴直徑、運動速度等。在某種意義上說，對兩相流規律更深入的了解，有賴於實驗技術的進步。