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1、2008级研究生课程“多相流动力学“考试复习大纲1. 自然界和工业界中的两相流主要包括哪几种？并各举一例说明之气液两相流：相变换热工质；气固两相流：沙尘暴；液固两相流：河流；液液两相流：石油开采。2. 试说明下列各组概念的物理意思，并用公式建立它们之间的互推关系：1） 质量流量、质量流速和质量相含率质量流量是指单位时间内流过通道总流通截面积的流体质量，用W表示；质星流速是单位流通截面积上的质量流量，用G表示；各相质量流量与总质量流过之比称为质量相含率或质量相分数，用x表示。W = W1 + W2;G = W / A;G1 = W1 / A;G2 = W2 / A;x = Gg / G = Wg
2、 / W.2） 容积流量、容积流速和容积相含率容积流量是指单位时间流过通道总流通截面积的流体容积，用Q表示；容积流速是单位流通截面积上的容积流量，又称折算速度，是容积流量除以通道总流通面积A，用J表示；容积相含率是指各相容积流量与总样积流量之比，用b表示。Q = Q1 + Q2 = W1/p1 + W2/p2J = Q/A = J1 + J2J1 = Q1/A = W1 / (p1 A)J2 = Q2/A = W2 / (p2 A)b = Qg / Q = x/x + (1 - x)pg / pl3） 各相真实流速各相容积流量除以流动中各相各自所占流通截面积即为各相的真实流速。vi = Qi
3、/ Ai4） 真实相含率或截面相含率某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总的流通截面积之比称作该相的真实相含率或截面相含率，用a表示。a = Ag / A5） 滑动比、滑移速度、飘移速度和飘移流率两相流中各相真实速度的比值称为滑动比。S = vg / vl滑移速度是指两相流各相真实速度的差，用vs表示vs = vg vl = Jg / a Jl / (1 - a)漂移速度是指轻相(如气相)速度与两相混合物平均速度vH之差，用vD表示vD = vg vH漂移流率是指滑移速度vs两边乘以通分后的分母项，消去分母后的等式，用jD表示，有jD = (vg - vl)a(1-a) = Jg(1 -
4、 a) Jl a3. 什么是物质的“相”？从宏观上看，物质的相的性质特点是什么？相同成分及相同物理化学性质的均匀物质部分称为相。固相具有稳定的外形；液相保持与容器形状相同并使表面积尽可能小；气相能充满它能占据的整个空间4给出水平管内气/水两相流中可能出现的几种流型的定义。试分析环状流转变的机理及影响因素。水平管内气/水两相流型大致可分为层流、波状流、柱塞状流、弹状流、弹状环状流和分散泡状流等六种流型。层流：当气液两相的流量均小时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面，此时的流型成为分层流型。波状流：当气相流量较高时，两相分界面上出现流动波，此时称为波状流型。柱塞状流：随着流体中气体含量
5、的增加水平管中的气泡会结合一起形成断断续续的气塞这种流动形式称为柱塞状流。弹状流：气弹状流型由一系列气弹组成。气弹端部呈球形而尾部是平的。在两气弹之间夹有小气泡而气弹与管壁之间存在液膜。弹状环状流：介于弹状流和环状流之间的一种过渡流型。分散泡状流：气体的质量分数较低时，流动液相中形成气泡分散于水平管道中，此时形成的流型称为分散泡状流。5什么是相界面？并举例说明什么是界面现象。相界面：是指将两种不同相的物质分隔开的区域，再次区域内的物质的特征和性质不同于相邻的区域。界面现象：是指与相界面上的动量、能量和质量传递相关的所有效应。例如，沸腾和凝结过程界面上发生的变化、泡沫的稳定性、湖面的波度、镜体表
6、面的汽水雾罩等现象都属于界面现象。6什么是界面浓度？它与什么现象或因素有关。常用的界面浓度测量技术有哪些？并比较这些测量技术的优缺点。界面浓度：（p158）单位体积内的界面面积，表征了一阶几何效应。与两相流流场的结构有关。测量技术：主要分为接触测量和非接触测量两类。接触测量主要采用探针技术，非接触测量主要采用摄影技术。（P168）探针技术优点：精度较高、测量系统简单。缺点：摄影技术：摄影技术直观简明，但其应用仅限于低气量的情况，而且带有一定的主观性。7给出连续波与动力波的定义，以及这两种波动的的特征。试分析激波反射前后的压力变化。连续波：连续波是一种准稳态现象，一个定常状态的值简单地传播到另一
7、个定常值之中，不存在惯性力或动量的动力作用。每当发生这种现象时，流率和波度之间就存在一种确定的关系。动力波：动力波是与力的作用的存在有关，这些力是由于浓度梯度使介质加速地通过波而产生的。激波反射前后的压力变化：（p196-198）8请定量分析气体通过锐孔射入无限大的液体形成喷射锥时，必然会有液体夹带的这一现象。 答：首先应该说一下，气体通过锐孔这个模型：如图所示，液体的下方有一排锐孔，当气体从锐孔射入到上方的液体中时，形成如图所示的喷射锥（图中白色部分），下面我们对这个喷射锥作动力学的分析。（纵轴是x）。沿气体流线上的伯努利方程是：.（1）是气体密度，是x处的气体的速度，是x处的气体静压强。同
8、样，静止液体的伯努利方程是：（2）要求在任意x位置，流动的气体和液体要处于动态平衡，故在无液体或气体的横向运动时，在每单元的相界面上的压力和表面张力必须达到平衡，即：（3）是表面张力，是x处的液锥的当量半径。由上面的三式可得：.（4）假设在处上式成立，那么在为其他值时，上式是否仍然成立呢？先看当时，当气体离开锐孔后，随着离开锐孔的距离的增加而减小。这时，气体射流的总截面积将随x的增加而增大，故减小，此时（4）式将不再成立。所以在时，平衡条件将不再满足，对于可以得到同样的分析结果。因此当气体射流在某一位置是平衡的，那么在其他位置都不平衡，这种气体射流液锥系统就不可能保持，其结果必然发生破坏。这意
9、味着必然有液体的破碎和夹带。9.试说明在垂直上升管的气液两相泡状流流动型态下，细小气泡为什么具有向管道中心聚集的趋势？并给出单个气泡的受力分析和表达式。横向速度梯度使气泡两边相对速度不同，引起气泡旋转。低雷诺数时，使气泡相对速度较高的一边的流体速度增加，压强减小，另一边的流体速度减小，压强增加，结果使气泡向流体速度较高的一边运动，从而使气泡趋于移向管道中心。10.均相模型、分相模型和漂移模型各有什么特点？适用于什么场合？I. 均相流动模型：把气液两相混合物看作是一种均匀介质，相间没有相对速度，流动参数取两相相应参数的平均值。在此基础上，可将两相流视为具有平均流体特性的单相流对待。特点：(1)两
10、相间处于热力学平衡状态，即两相具有相同的温度并且都处于饱和状态；(2)气液两相的流速相等，即为均匀流。适合场合：因为均相模型假设两相之间没有速度差异。当质量流速较小时，浮力效应显著，引起两相速度之间相当大的差异；而质量流速较大时，液相湍动的结果使得两相的混合更加均匀，因此质量流速增大时偏差减小，计算结果更接近于实际的情况。II.分相流动模型是将气、液两相都当作连续流体分别来处理，并考虑了两相之间的相互作用，。其基本假设是：(1)两相间保持热力学平衡；(2)气液两相的速度为常量，但不一定相等。假定气液两相都以一定的平均速度在流道中流动。分相流动模型在一定程度上考虑了两相间的相互作用，计算结果比均
11、相模型理想。当两相平均流动速度相等时，分相流动即可转化为均相模型。因此可将均相模型视为分相模型的一个特殊情况。分相流动模型适用于两相间存在微弱耦合的场合，如分层流和环状流。III. 漂移模型：这一模型主要是由Zuber等人提出。它是在热力学平衡的假设下，建立在两相平均速度场基础上的一种模型。漂移模型提出了一个漂移速度的概念，当两相流以某一混合速度流动时，气相相对于这个混合速度有一个漂移速度，液体则有一个反向的漂移速度以保持流动的连续性。在守恒方程组中将相间相对速度以漂移速度来考虑，通过附加的气相连续方程来描写气液两相流动。漂移模型具有较普遍的适用性，在某些场合，例如弹状流时使用这个模型酌结果相
12、当好。11.什么叫临界流量？给出临界流的定义，并说明它与两相流中声速的关系，同时分析影响两相流声速的主要因素。临界流量则是指管道上游条件不变时，降低下游压力流体所能达到的最大流量。临界流量的大小是由出口上游的工况决定的。拥有临界流量的流动称为临界流，也称为壅塞流或声速流。 在单相介质中、声速和临界流速是相同的，但在两相流中情况却比较复杂，这主要是因为两相混合物在压力作用下会产生相变。声速决定于声波经过时流体内的空泡数量，而空泡的数量又决定于两相流体在声波经过的瞬间对压力扰动的响应特性；另一方面，临界流量却又是由波前之后的流体声速所决定的，这时流体的状态与汽泡形成的延迟时间有关，与声波经过瞬间的
13、流体状态是不同的。此外，尽管临界流速对应于临界截面处的声速，但是由于在两相流中汽、液两相的速度是不相等的，所以为求得临界流速，耍找出等效的条件。12流体颗粒系统的流动状态有哪几种？（1）多孔介质流态流体(气体和流体)在压力驱动下流经填得很紧的固体粒子流体速度很小，填得很紧的固体粒子将不被扰动流体的运动和通过多孔介质的流动是相同的固体粒子在空间中是固定的，称为固体底层阶段（2）沉积阶段流态流体速度增加，一些小粒子随流体流动流体速度再增加，与流体运动的粒子数目增加。沉积阶段：固体粒子被流体输运； 固体粒子不能看作为流体； 流动中的固体粒子的个性在流体流动起作用（3）流态化流态流体速度达到某一临界值
14、，固体粒子突然变为伪流体流体速度很小，填得很紧的固体粒子将不被扰动初始流态化：固体粒子底层有波出现； 固体粒子具有和普通流体类似的性质; 流态化底层的稠密相，有波出现； 与固定底层相比，混合物的总密度减小1050（4）汹涌流流态流体速度进一步增加，流体混合物的流动会不规则（5）固体粒子与流体混合物的两相流流体速度进一步增加，固体粒子在混合物中所占的总体积小于5固体粒子在流场中完全混合，称为固体粒子与流体混合的稀疏两相流狭义上称为固体粒子与流体混合的两相流13颗粒相分布密度通常有哪几种表示方法？(1) 按粒径的颗粒数分布密度(2) 按粒径的颗粒质量分布密度或答：颗粒相密度随温度的分布，压力的分布
15、。14试分析刚性球体颗粒在流体运动中所受到的各种作用力，并分析解释这些力的成因，写出各个力的表达式。答：刚性球体颗粒在流体运动中所受到如下几种作用力：阻力、颗粒的加速度力、流体的不均匀力等。1、 阻力，阻力是颗粒在静止流体中作匀速运动时流体作用于颗粒上的力。习惯上把阻力的表达式写成：式中： 和分别为流体的速度和密度； 颗粒的速度； 颗粒的迎风面积，； 阻力系数。2、颗粒的加速度力：颗粒的加速度力是颗粒加速运动时流体作用于颗粒上的附加力。 视质量力当球形颗粒在静止、不可压缩、无限大、无黏性流体中作匀速运动时，颗粒所受的阻力为零。但当颗粒在无粘流体中作加速运动时，它要引起周围流体作加速运动，由于流体有惯性，表现为对颗粒有一个反作用力。视质量力一般写成：其中，的经验公式为： 巴西特（Basset）加速度力当颗粒在粘性流体中作直线变速运动时，颗粒附面层的影响将带着一部分流体运动，由于流体有惯性，当颗粒加速时，它不能立刻加速，当流体减速时
