МНОГОФА́ЗНОЕ ТЕЧЕ́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МНОГОФА́ЗНОЕ ТЕЧЕ́НИЕ (гетерогенное течение, дисперсное течение, неоднородное течение), течение смеси веществ, находящихся в разл. агрегатных состояниях и взаимодействующих между собой. При М. т. могут протекать гомогенные и гетерогенные химич. реакции, а на межфазных границах – ионизация и фазовые переходы. В этих процессах между фазами течения происходит обмен массой, импульсом, кинетич. энергией и теплотой.
В М. т. одно или неск. веществ (дисперсная фаза) мелко распределено в другом (дисперсионная несущая среда). В зависимости от агрегатных состояний веществ выделяют следующие виды течений: М. т. суспензии (смеси несущей жидкости с твёрдыми частицами), эмульсии (смеси жидкости с каплями др. жидкости), газовзвеси (смеси газа с твёрдыми частицами или каплями жидкости), аэровзвеси и аэрозоля (смеси воздуха с твёрдыми или жидкими частицами), пузырьковой среды (смеси жидкости с пузырьками газа). Важный частный случай М. т. – двухфазное течение, в котором присутствуют только две фазы одного и того же вещества.
При полидисперсности твёрдой фазы происходит сепарация частиц по размерам: частицы разных размеров концентрируются в разных областях несущей фазы вплоть до полного отсутствия частиц в некоторых областях. В частности, концентрация частиц вблизи поверхности может быть многократно выше их концентрации в невозмущённом потоке (образуются пелёны и горки из твёрдых частиц). Скорость частиц относительно газа в процессе течения может изменяться в широких пределах: от нулевой («вмороженное» течение частиц) до сверхзвуковой; в процессе движения меняются также форма и размеры частиц. Всё это оказывает обратное воздействие на параметры течения несущей фазы, которое, как правило, является турбулентным. Мелкие частицы подавляют турбулентность, крупные – увеличивают её интенсивность. При взаимодействии частиц со стенкой возможно образование капель и плёнок на стенке, их отрыв, наблюдается также эрозия стенки. Размеры дисперсионных частиц в разл. М. т. могут существенно различаться: в табачном дыме – ок. 2,5·10–7 м, в цветочной пыльце – (15–20)·10–6 м, в тумане – (3–50)·10–6 м; размер частиц, образующихся при горении твёрдого топлива в ракетных двигателях, – от единиц до сотен микрометров.
М. т. может рассматриваться как совокупность взаимопроникающих и взаимодействующих друг с другом фаз, каждая из которых заполняет объём, занятый всей смесью, и имеет свою концентрацию, темп-ру, давление и скорость. Движение каждой фазы описывается уравнениями механики сплошной среды или в рамках статистич. моделей движения частиц в турбулентном потоке (с учётом механич. и теплового межфазного взаимодействия). Излучение и распространение звука, а также турбулентность несущего потока в М. т. имеют существенно иной вид, чем в однородных (однофазных) потоках.
В природе М. т. наблюдаются при распространении атмосферных аэрозолей, эволюции кучевых облаков, развитии песчаных бурь, движении продуктов извержения вулкана и др. Примеры М. т. в технологич. процессах – горение распылённого твёрдого и жидкого топлива, пневмотранспорт угольной пыли, гидравлич. способы добычи полезных ископаемых, обтекание летательных аппаратов запылённым газом.