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天文学艺术:流体力学

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天文学艺术:流体力学

研究同种或异种化学成分物质的固-气 、液-气 、固-液或固-液-气系统共同流动规律的学科。研究同种或异种化学成分物质的固-气 、液-气 、固-液或固-液-气系统共同流动规律的学科。流体力学的一个分支。 “相”可指不同的热力学集态(如固、液、气等不同物态),也可指同一集态下不同的物理性质或力学状态(如同地点不同尺寸和速度或不同材料密度的颗粒或气泡等)。多相流的流场需用两组或两组以上流体力学和热力学参量(如速度、压强、温度、质量和组分浓度等)来描述。只需用两组参量描述的混合物流动称两相流动,常见的有气-液流动、气-固流动和液-固流动。

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多相流体力学研究的根本出发点是建立多相流模型和基本方程组。在此基础上分析各相的压强、速度、温度、表观密度和体积分数、气泡或颗粒尺寸分布、相间相互作用(如气泡或颗粒的阻力与传热传质)、颗粒湍流扩散、流型、压力降(两相流通过管道时引起的压差)、截面含气率、流动稳定性、流动的临界态等。描述多相流体可用不同的模型 。对各相尺寸均较大(与流动的几何尺寸相比)的体系,可对各相内部分别运用单相流体力学模型写出各自的基本方程组。

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主要有半经验物理模型和统观实验法,数学模型及数值计算法,局部场的实验量测法等。 流体力学 半经验物理模型和统观实验法  半经验物理模型指以实验观测为基础对多相流的流动形态作出半经验性的简化假设以便进行简化分析计算,如假定多相流为一维柱塞流 (plug flow)等。统观实验法指只研究外部参量变化规律,例如多相流在管道中的阻力或平均传热量与流速间的关系、平均的体积分数等,不研究多相流中各种变量的场分布规律。

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气体和液体混合物的两相流动体系。通常分为单成分两相流和双成分两相流。前者是具有相同化学成分的同质异态两相流,如水和蒸汽两相流;后者是具有不同化学成分的异质异态两相流 ,如水和空气两相流 。气-液流动包括掺有气泡的液体流动和带有液滴的气体流动,如掺气水流和含雾滴的大气流动等 。气-液流动因管道压力 、流量 、热负荷、流向、工质物性等的不同,可形成各种不同流型 。

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对流型的分析方法,目前工程上应用较多的有均相流模型和分相流模型,前者适用于较均匀的气泡状流,后者用于有明显分界面的层状流 。气-液两相流通过管道引起的压差称为压力降 。在任意通流截面上,气相在两相混合物中所占的截面分数称为空隙率,它是计算重位压力降和加速压力降必不可少的参量 。设计中 ,必须计算气-液两相流的压力降以确定所需动力,保证设备安全经济地运转。