Dai C
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一、绪论
2:研究方法
唯象理论(Phenomenal)：直接以宏观现象的观察与试验为基础，从体 系的整体变化上总结归纳出宏观物体的共同规律。这类理论不追求组成 体系粒子的微观结构 及运动规律，也就是说不考虑更小层次物质的特 性，这类理论具有较高的可靠性与普遍性，当然也有局限性，热力学、 流体力学就是这类理论的代表。 统计理论(Statistical)：它从组织体系的粒子所遵循的力学规律（量子 力学或经典力学）出发，采用对微观量求统计平均的方法，推引出体系 的宏观性质及规律性，在此，微观粒子结构及运动规律是已知的，该方 法更具有基本而深刻的理论依据。
ndF dV
S V

Π n dF Π dV
S V
扩张黏度 其中: 牛顿流体粘性应力张量
2 Π [V (V ) T ] ( )( V ) 3

：对低密度下的单原子气体和不可压缩流体可以忽略， 但对多原子气体或含气泡的液体或有吸收声音的介质不可忽略。
Continuous phase (m) Wall w Dispersed phase (l)
interface
气液液，气液固，液液固多相流
fine dispersed phase (non-structured, homogeneous) Heterogeneous (structured)
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高层烟囱
Feed water
送 水
Power Transmission Tower
输电铁塔
蒸气
Steam Heat Recovery Steam Boiler
余热回收锅炉
Steam Turbine
蒸汽机
发电机
Generator
Condenser
冷凝器
发电机 压缩机 燃气轮机 Generator
Compressor Generator
•主要涉及的研究领域： 流体力学、热力学、传热学、材料学、物理学和数学 •研究的重点和难点： 相界面特性(Interface)， 非线性动力系统(Nonlinear dynamics) •研究的尺度(Scale)： 微观尺度：Microscale (Microscope) 介观尺度：Mesoscale (Mesoscope) 宏观尺度：Macroscale (Macroscope) 巨观尺度：Megascale (Mesoscope)
Kn 1 Kn 0.1 ~ 0.01 Kn 1 Kn 1
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一、绪论
传统计算方法在处理含微小颗粒的多相流时困难
界面压差与表面张力项 其中：
2:研究方法
有关：

表面张力或表面自由能;
H 颗粒表面曲率;
1 H 1 R 1 R1 R2
一般表面张力在 R 0.001m
C
lm t ds lm ds nl (nl ) nl lm dA
C S




nl
ds t
其中:
A Pi Qj Rk P Q R divA i j k x y z j k i x y z i j k z x y
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多相流传热学
2010 年 3 月
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多相流传热学
一、Preface 二、Twophase Flow and Boiling 三、LBM programming 四、Nonlinear Science and Chaos 五、Interface Science 六、Particulate and its Dynamics 七、Multiphase Flow Measurement 八、Future (Discussion) examination (1.5w) (1.5w) (1.0w) (1.5w) (1.0w) (0.5w) (0.5w) (0.5w)
冷凝器 再循环锅炉
压力抑制水池 给水泵
循环水泵
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研究多相流的意义
自然现象： 大气流动，风雨雪砂雾雹，河床、冰川、海洋、 喷泉、泥石流、生物系统等
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自然界中的多相流
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一、绪论
1:主要参考资料
1、主要参考资料
教科书(Books) (1) 鲁钟琪 编著：《两相流与沸腾传热》清华大学出版社，2002年 (2) 林宗虎 等编著:《气液两相流和沸腾传热》西安交通大学出版社，2003年 (3) 郭烈锦 编著：《两相与多相流动力学》西安交通大学出版社，2002年 (4) Naterer Greg F.: Heat Transfer in Single and Multiphase Systems, CRC Press, 2003 (5) Kolev N.I. : Multiphase Flow Dynamics, 2002, Springer (6) Collier J.G.:Convective boiling and condensation, McGraw Hill, 1981 期刊(Journals) (7) International Journal of Multiphase Flow (1974 -) (8) ASME Journal of Heat Transfer (9) International Journal of Heat and Mass Transfer
一、绪论
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一、绪论
• 利比尼兹(Leibnitz)积分法则:
3:一些数学基础
一维线性定积分


( )
f ( x, )dx
( )
d d f f dx f ( , ) ( , ) d d ( )
边界条件
( )
f ( x, )
克努森数(Knudsen) Kn
2:研究方法

Dl
连续相速度
相对马赫数(Mach)
Mrr
Vm Vl am
颗粒相声速 连续相声速
连续介质流 滑移流 过渡流 自由流
Mr / Re 0.01 or 0.01 Mr / Re 0.1 or 0.1 Mr / Re 3 or Mr / Re 3 or
Vol
Dd
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一、绪论
•多相流系统中的空间构成名词： 域、区 （包括边界，domain） 块、团 （与周围不同，phase volume） 界面 共线 共点 （两相之间的体积相交面，interface） （三相之间的交线,common curve） （四相之间的交点，common points) 数学描述
Water Intake channel
燃气排气
Combustion Gas
Exhaust Gas
排
气
冷却水入口
Electric Power
电力输出
液化天然气
Water Intake channel
冷却水出口
LNG Plant
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多相流应用例 （原子能发电机组）
核能发电站
蒸气
变压器
汽轮机
发电机
R
曲平面 球面
R1
R2
时对动量或能量交换影响大，因此要求：
计算网格单元尺寸很小
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一、绪论
• 高斯(Gauss)定理:
3:一些数学基础
n
n dF div dV dV
S V V
V S
• 高斯-奥斯托格拉德斯基(Gauss-Ostrogradskii)定理:
1:分子自由程 颗粒相特征尺寸 Dl 计算网格单元尺寸 Vol 空间尺寸 H 适合于有微细颗粒的均匀混合多相流系统 2:分子自由程 颗粒相特征尺寸 Dl 计算网格单元尺寸 Vol 空间尺寸 H 适合于有较明显相界面的多相流系统
1 3 1 3
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一、绪论
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一、绪论
多相流的概念
(4) 同时存在两种及两种以上相态的物质混合体的流动就是两相或多 相流。气体和液体属于连续介质也称为连续相或流动相(Continuous phase)，固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质(Dispersed phase) ， 也称分散相或颗粒相。流动相和颗粒相组成的流动叫做两相或多相流 动。[3] 气液两相 气固两相 液固两相 液液两相
S
C
A
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一、绪论
多相流的概念
2、两相流和多相流的概念 (1) 两相流和单相流比较，多出一个相和相间界面，因此，流场的组成， 从宏观方面看，包括三部分。以气液两相流来说，包括气相、液相和气 液界面。[1] (2) 异质物体或系统中，各存在分界面的独立物质称之为相。自然界常见 的物质有三相：固相、液相和气相。因此，由任意两种存在分界面的独 立物质组成的物质或系统称之为两相物体或系统。两相物体的流动称为 两相流。 [2] (3)固相、液相和气相三相同时存在的系统称之为三相或多相系统，多相 物质的流动称为多相流。
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一、绪论
2:研究方法
介观尺度：Mesoscale (Mesoscope) 晶格(unit cell)，流体微团，代表基本单元(REV) A unit cell is used to identify a geometric configuration for a grouping of atoms in the solid. REV stands for Representative Elementary Volume. 宏观：Macroscope: Bulk, Domain, Configuration, Boundary, … 微观：Microscope: Molecular, free path, statistical, interstitial diffusion, …