多相流基础
2005 年 11 月
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
参考书
? S.L,Soo,Multiphase Fluid Dynamics,Science
Press,1990,
? 胡道和等，气固过程工程学，武汉理工大学出版社，
2003。
? 郭烈锦，两相与多相动力学，西安交通大学出版社，
2002。
? 岑可发，樊建人, 工程气固两相流动的理论及计
算,,浙江大学出版社,1990年 。
? 周力行, 湍流两相流动与燃烧的数值模拟,,清华
大学出版社,1991年。
? 周力行, 湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模
拟,, 1994年。
? 盖得 ·希特斯洛尼, 多相流动和传热手册,,机械工
业出版社,1993年
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
参考书
? 李静海，欧阳洁等,颗粒流体复杂系统的多尺度模拟，
科学出版社,2005
? 袁亚雄，张小兵，高温高压多相流体动力学基础，
哈尔滨工业大学出版社,2005
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
第一章 绪论
§ 1－ 1 物质的相描述
定义,某一系统中具有相同成份及相同物理、化
学性质的 均匀物质部分，各相间有明显可分的
界面。
物质的四种相, 固体，液体，气体，等离子体。
古代定义：土、水、空气、火
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
物质的相所具有的性质
固体 —— 若不受外界干扰，将永保其形状不变；
液体 —— 在其水平自由面以下与其容器形状相
同；
气体和等离子体 —— 不能用边界面包住自己，
将充满所能占据的整个空间。
流体 —— 液体、气体和等离子体均不能保持形
状不变而具有流动性。
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单质或纯物质的相图
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
§ 1－ 2 多相流的定义和分类
定义,必须同时考虑物质多相共存且具有明显相
界面的混合物流动力学 的 特殊流动问题称为
多相流。
在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状
态，而且按化学组成、尺寸和形状等划分。
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1、气液两相流
气体和液体 物质 混合在一起共同流动。
单工质汽液两相流,如水－水蒸汽
? 汽、液两相均具有相同的化学成份；
? 在压力和温度发生变化时会发生相变。
双组分工质气液两相流,如空气－水
? 两相具有不同的化学成份。
例：蒸发器、冷凝器、反应器、气液混合器、气液分离器
等。
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2、气固两相流
气体和固体颗粒混合在一起共同流动。
? 固体颗粒本身无流动性 ;
? 当流体流速足够大,流体中所含的固体小颗粒
具有类似流体特性；
? 在某些条件下，可将颗粒相作为流体考虑，在
另一些条件下，必须考虑颗粒相本身的特点。
例：空气中夹带灰粒与尘土，沙漠风沙，飞雪，冰雹，
气力输送，气流干燥，煤粉燃烧，石油催裂化，矿物
的流化床焙烧，气力浮选等
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3、液固两相流
液体和固体颗粒混合在一起共同流动。
? 例：水力输送，矿浆，纸浆，泥浆，水力除渣，污水管流动等
4、液液两相流
两种互不相溶的液体混合在一起的流动。
例,油田开采与地面集输、分离、排污中的油水两相流，化工过程
中的乳浊液流动，物质提纯和萃取过程中的液液混合流等
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5、气液液、气液固和液液固多相流
气体、液体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气液固三
相流；
气体与两种不能均匀混合、互不相溶的液体混合物在一起
的流动称为气液液三相流；
两种不能均匀混合、互不相溶的液体与固体颗粒混合在一
起的共同流动称为液液固三相流。
例,油田油井及井口内的原油 -水 -气 -沙粒的三种以上相
态物质的混合物流动，烟气洗涤塔等
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两相流的范围
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§ 1－ 3 多相流的基本特征参数
1、质量流量、质量流速和质量相含量（相分数）
质量流量：单位时间内通过通道总流通截面的流体质量
质量流速,单位流通截面的质量流量
质量相含率,各相质量流量与总质量流量之比
)/(21 skgWWW ??
AWG
AWG
AWG
/
/
/
22
11
?
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2、容积流量、容积流速和容积相含率
容积流量：单位时间内通过通道总流通截面的流体容积
容积流速,单位流通截面的容积流量
容积相含率,各相容积流量与总容积流量之比
)//()( 221121 ?? WWQQQ ????
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2222
1111
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3、各相真实流速
各相容积流量除以流动中各相所占流通截面积
iii AQv /?
4、真实相含率
某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总截面
之比
AAAAAAA glg /)(/)1(;/ ????? ??
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5、滑动比、滑移速度
滑动比：两相中各相真实速度的比值
lg vvS /?
滑移速度：轻相速度与两相混合物的速度之差
HgD vvv ??
6、两相混合物密度
流动密度,单位时间内流过截面的两相混合物
的质量与容积之比
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真实密度：流动瞬间任一流动截面上两相流混合
物的密度
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2005 年 11 月
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参考书
? S.L,Soo,Multiphase Fluid Dynamics,Science
Press,1990,
? 胡道和等，气固过程工程学，武汉理工大学出版社，
2003。
? 郭烈锦，两相与多相动力学，西安交通大学出版社，
2002。
? 岑可发，樊建人, 工程气固两相流动的理论及计
算,,浙江大学出版社,1990年 。
? 周力行, 湍流两相流动与燃烧的数值模拟,,清华
大学出版社,1991年。
? 周力行, 湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模
拟,, 1994年。
? 盖得 ·希特斯洛尼, 多相流动和传热手册,,机械工
业出版社,1993年
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
参考书
? 李静海，欧阳洁等,颗粒流体复杂系统的多尺度模拟，
科学出版社,2005
? 袁亚雄，张小兵，高温高压多相流体动力学基础，
哈尔滨工业大学出版社,2005
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第一章 绪论
§ 1－ 1 物质的相描述
定义,某一系统中具有相同成份及相同物理、化
学性质的 均匀物质部分，各相间有明显可分的
界面。
物质的四种相, 固体，液体，气体，等离子体。
古代定义：土、水、空气、火
煤燃烧国家重点实验室
SKLCC
物质的相所具有的性质
固体 —— 若不受外界干扰，将永保其形状不变；
液体 —— 在其水平自由面以下与其容器形状相
同；
气体和等离子体 —— 不能用边界面包住自己，
将充满所能占据的整个空间。
流体 —— 液体、气体和等离子体均不能保持形
状不变而具有流动性。
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单质或纯物质的相图
煤燃烧国家重点实验室
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§ 1－ 2 多相流的定义和分类
定义,必须同时考虑物质多相共存且具有明显相
界面的混合物流动力学 的 特殊流动问题称为
多相流。
在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状
态，而且按化学组成、尺寸和形状等划分。
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1、气液两相流
气体和液体 物质 混合在一起共同流动。
单工质汽液两相流,如水－水蒸汽
? 汽、液两相均具有相同的化学成份；
? 在压力和温度发生变化时会发生相变。
双组分工质气液两相流,如空气－水
? 两相具有不同的化学成份。
例：蒸发器、冷凝器、反应器、气液混合器、气液分离器
等。
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2、气固两相流
气体和固体颗粒混合在一起共同流动。
? 固体颗粒本身无流动性 ;
? 当流体流速足够大,流体中所含的固体小颗粒
具有类似流体特性；
? 在某些条件下，可将颗粒相作为流体考虑，在
另一些条件下，必须考虑颗粒相本身的特点。
例：空气中夹带灰粒与尘土，沙漠风沙，飞雪，冰雹，
气力输送，气流干燥，煤粉燃烧，石油催裂化，矿物
的流化床焙烧，气力浮选等
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3、液固两相流
液体和固体颗粒混合在一起共同流动。
? 例：水力输送，矿浆，纸浆，泥浆，水力除渣，污水管流动等
4、液液两相流
两种互不相溶的液体混合在一起的流动。
例,油田开采与地面集输、分离、排污中的油水两相流，化工过程
中的乳浊液流动，物质提纯和萃取过程中的液液混合流等
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5、气液液、气液固和液液固多相流
气体、液体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气液固三
相流；
气体与两种不能均匀混合、互不相溶的液体混合物在一起
的流动称为气液液三相流；
两种不能均匀混合、互不相溶的液体与固体颗粒混合在一
起的共同流动称为液液固三相流。
例,油田油井及井口内的原油 -水 -气 -沙粒的三种以上相
态物质的混合物流动，烟气洗涤塔等
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§ 1－ 3 多相流的基本特征参数
1、质量流量、质量流速和质量相含量（相分数）
质量流量：单位时间内通过通道总流通截面的流体质量
质量流速,单位流通截面的质量流量
质量相含率,各相质量流量与总质量流量之比
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2、容积流量、容积流速和容积相含率
容积流量：单位时间内通过通道总流通截面的流体容积
容积流速,单位流通截面的容积流量
容积相含率,各相容积流量与总容积流量之比
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3、各相真实流速
各相容积流量除以流动中各相所占流通截面积
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4、真实相含率
某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总截面
之比
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5、滑动比、滑移速度
滑动比：两相中各相真实速度的比值
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滑移速度：轻相速度与两相混合物的速度之差
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6、两相混合物密度
流动密度,单位时间内流过截面的两相混合物
的质量与容积之比
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真实密度：流动瞬间任一流动截面上两相流混合
物的密度
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