Двухфазное течение — это движение смеси двух фаз (жидкость и газ, или жидкость и жидкость, или жидкость и твердые частицы), встречающееся во многих инженерных и природных процессах.
Двухфазные течения классифицируют по характеру распределения фаз в потоке и взаимодействию между ними.
Поток с разделением фаз (слоистый поток) Фазы расположены в разных слоях, например, газ идет сверху, жидкость — снизу. Характерно для горизонтальных труб, когда плотности фаз значительно различаются.
Пузырьковый поток Газ распределен в виде мелких пузырьков, равномерно взвешенных в жидкой фазе. Часто встречается при подаче газа в жидкость.
Капельный поток Жидкость разбита на капли, равномерно распределенные в газовой фазе. Пример — распыление жидкости.
Струйный (струйкообразный) поток Одна из фаз образует непрерывную струю, окруженную другой фазой. Например, жидкая струя в газе.
Смешанный или пенистый поток Включает в себя многочисленные пузырьки и капли, фазовые границы перемешаны. Часто наблюдается при интенсивном перемешивании.
Поток с крупными сгустками Фазы распределены неравномерно, образуют крупные участки, например, большие пузырьки газа в жидкости.
Для анализа применяют различные модели:
Модель однородного потока Фазы считаются смешанными, движутся с одинаковой скоростью и имеют одинаковое распределение. Упрощает расчеты, подходит для мелкодисперсных смесей.
Модель двухфазного потока с проскальзыванием Учитывает разницу скоростей фаз. Более точна, но сложнее для расчетов.
Модель многокомпонентного потока Рассматривает различные режимы распределения фаз, их взаимодействия и изменение в пространстве.
Для каждой фазы применяются законы сохранения массы, импульса и энергии с учетом взаимодействия фаз.
Уравнение непрерывности Отдельно для каждой фазы учитывает изменение массового расхода.
Уравнение движения Включает силы давления, вязкости, а также межфазные силы — трение, подъемные силы.
Уравнение энергии Описывает тепловой обмен между фазами и окружающей средой.
Двухфазные течения встречаются в теплообменных аппаратах, ядерных реакторах, трубопроводах нефти и газа, системах кондиционирования и охлаждения, в природных явлениях (например, в атмосферных процессах). Понимание их механики позволяет эффективно проектировать технику и технологии.