多相流体力学
multiphase systems，fluid dynamics of
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（如同一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。
研究内容 多相流体力学的研究对象是探讨流场中各相的速度、压强、温度、组分浓度、体积分数、相间的相互作用以及各相与壁面间的相互作用，以便弄清其中的动量传递、传热、传质、化学反应，甚至电磁效应的规律。
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。若分散相的尺寸不太大，一般用体积平均概念，即认为各相占据同一空间并相互渗透。这种情况下，可采取统一的连续介质模型描述多相流，其中又可分为无相间滑移的单流体模型（这时不同的相只看成是流体的不同组分）和有滑移的多流体模型或双流体模型。按后一模型，空间各点处每一相可有其各自不同的速度、体积分数和温度。对颗粒群悬浮体多相流，除上述模型外还有非连续介质的分散群的轨道模型和统计群模型。
气-液流动 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 。竖管中最常见的流型（见图）有：细小气泡散布于液相中的气泡状流型；管中心为气弹、壁附近为连续液膜的气弹状流型；管中心为夹带细小液滴的气核和壁附近为连续液膜的环状流型；气相中含细小液滴和壁附近无连续液膜的雾状流型。不同的流型有不同的流体动力学和传热传质规律。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。
竖管中常见的气-液两相流流型
液-固流动 液体和固体颗粒混合物的两相流动体系。流动中，固体颗粒在液体和重力作用下 ，可发生悬浮、扩散、迁移和沉积等基本动力过程。按颗粒容积率（颗粒群的容积占多相流总容积 的分 额 ）jp 和液体容积率 jL 的相对大小 ，液-固流动可分为沉积流(jpjL)、渗流（jpjL）和混浆流（jp≈jL） 。沉积流研究的是较低流速下固体颗粒的输运和堆积问题。渗流研究的是颗粒流态化前流体流经多孔介质的问题。混浆流研究的是泥浆流、煤浆流、纸浆流、纤维悬浮物等的混合物流动问题。在各种物料的水力输送、地下采油等过程中常遇到这类流动。
气-固流动 气体和固体颗粒混合物的两相流动体系。其基本动力过程和现象与液-固流动相同，只是连续相（气体）的密度不大。风中沙、雪的运动、粉粒状物料经管道的气力输送，以及固体颗粒的分离、粉状燃料的燃烧和喷涂等都是气-固流动的实例。固体燃料火箭发动机、气-固流化床中则涉及具有更为复杂的物理、化学过程的气-固流动。
气-固流动和液-固流动合称流-固流动 。在这类流动中，通常是微小颗粒（包括固体颗粒、液滴和气泡）分散于连续介质的流体中，所以常把颗粒相称为分散相，而把液体相称为连续相。流体中含有颗粒相后，其粘度、阻力系数、传热系数和声速等与单相流显著不同，通常可用宏观的连续介质理论和微观的分子运动论分析这类问题。颗粒在流体中除了因时均运动产生的轨道效应外，还有因流体湍流脉动而造成的湍流扩散。流体的湍流粘性越高，颗粒越小，则颗粒湍流扩散系数越大，并且越接近于流体的湍流扩散系数。为了改善混合，常要强化湍流扩散。
应用 多相流动广泛存在于自然界和工程设备中，如含尘埃的大气和云雾 、含沙水流 、各种喷雾冷却 、粉末喷涂、血管流、含固体粉末的火箭尾气、炮膛内火药颗粒及其燃烧产物的流动等。就大量工程问题而言，多相流体力学主要应用于粉粒物料的管道输送、颗粒分离和除尘、液雾和煤粉悬浮体的燃烧和气化、流化床和流化床燃烧以及锅炉、反应堆、化工 、冶炼和采油等装置中的气-液流动等方面 ，其目的是节省管道输送能量，提高分离或除尘效率，改善传热传质或燃烧中颗粒混合，改善锅炉的水循环，提高反应堆冷却的安全性等。
