多相流体力学在现代工程中的应用

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1、多相流体力学在现代工程中的应用摘要：多相流体力学主要研究多相流体在流动吋的力学M题，其在现代重要工程没备中的广泛应用。木文介绍了多相流体的分类，并简单介绍了多想流体力学在现代工程中的应用。关键词：多想流体力学现代T程应用数值计算1、多相流体的分类自然界中常见的形态为固态、液态和气态，由于在热力学中每一个均匀部分称为一个相，因此，固、液、气可分别称为固相物体、液相物体、气相物体或统称为单相物体。当流体各部分之间存在差异时，这一流体称为多相流体，简称多相流。比如气体、液体或固体的混合物。多相流的特点为在多相流中各相之间存在分界面，

2、且该分界面随着流动在不断变化。例如水夹带着气泡在管道中流动，没个气泡在水中的形状和位置随时间在变化，小气泡有时还会合并成较大气泡，因而水和气泡的分界而随着流动在不断变化，所以，一般可将多相流定义为存在变动分界的多种独立物质组成的流动。多相流根据参与流动各相的数0—般可分为两相流和三相流。两相流又可分为气液两相流、气固两相流、液固两相流和液液两相流。三相流可分为气液闹三相流和液液气三相流。另外还可以根据参加流动的各组分对多相流进行分类。以气液两相流为例，可分为单组分气液两相流与双组分气液两相流。例如，水蒸汽和水的组分是相同的，属

3、于单组分气液两相流。空气和水的组分不同，属于双组分两相流。单组分气液两相流在流动过程中根据压力变化的不冋奋可能发牛.相变，即部分液体气化为水蒸汽或部分蒸汽凝结成水。而双组分气液两相流中不同组分流体之间是不会发生含量变化。根据换热情况不同，多相流还可以分为与外界无加热或冷却等热量交换过程的绝热多相流和有热量交换的多相流。多相流在&然界、工业工程乃至口常生活屮都是广泛存在的。自然界中常见的夹杂着灰粒或雨滴的风，夹杂着泥沙的河水、烟雾、流动的碳酸饮料以及沸腾的水等均为多相流的实例。在工程设备中，发电厂中各种沸腾管、气液分离器、各式冷

4、凝器、热交换设备等都广泛存在气液两相流体的流动和传热现象。另外燃煤电厂中的煤粉输送、流化床锅炉中的燃料流动等均属于气固两相流。在工程中还存在不少三相流的工况。例如在浆液流体屮除存在固液两相外，有时还含有气相。在汕田开采出的原汕中，除去原油和天然气外还带有水。如果里面还夹带有沙粒，则属于四相流。2、多相流体力学在工程中的应用多相流体力学是现代工程中的重耍理论基础，对于指导和发展现代工程具有重要作用。随着能源危机和环境污染的日益严重，研宂高效洁浄经济的火力发电机组是各国努力发展的方向。其屮超超临界压力火力发电机组和增压流化床蒸汽燃

5、气联合循环发电机组的研宄较多。超超临界压力锅炉除了要解决其燃料系统、燃烧系统、除尘系统、排粉机和引风机等一系列气闹两相流问题和水力除灰的液闹两相流问题外，还需解决独特的多相流体力学问题。例如，在锅炉启动或低参数运行时，工质由低于临界压力的汽水混合物，随着压力上升转变到超临界压力单相工质时的瞬态具有热交换的多相流体力学问题。例如，何吋发生会导致爆炸事故的传热恶化问题，瞬态流体流动特性问题以及为了防止传热恶化而采用的强化传热管的流动和传热问题等。因而耍研制开发和运转这种火力发电机组必须进一步研宄多相流体力学。燃煤增压流化床燃气——

6、蒸汽联合循环机组一个特点为采用流化床燃烧的蒸汽锅炉。煤和石灰磨成细颗粒后从进料门进入炉膛。空气从炉膛底部经布风板均匀进入炉膛并向上流动。炉膛中的燃料颗粒等在上升气流作用下上下翻滚呈流态化燃烧。由于燃烧温度较低，可有效减少烟气中的氮氧化物生成量。加入的石灰颗粒在燃烧时可有效抑制硫氧化物的生成。因而一般可免去或减少在锅炉后装设昂贵的排烟脱硫硝环保装置。这种机组的第二个特点为其发电量由蒸汽轮机和燃气轮机联合供应。锅炉产生的蒸汽供蒸汽轮机带动发电机发电。锅炉布置在一个高压空气罐内，炉膛中的压力可达1.6MPa。炉膛中燃煤产生的高压烟气

7、自锅炉排山并经旋风除尘器除尘后可输入燃气轮机。使其叶轮高速转动并带动发电机发电。此外，高压烟气同时还驱动另一燃气轮机带动压气机向高压空气罐输入高压空气。这种联合循环机组的发电效率可达45%〜48%且电站尺寸也要比常规电站的小得多。这种新型火力发电机组屮存在人量多相流体力学过程。锅炉燃料输入为气固两相流问题。煤粒和石灰石颗粒在流化床燃烧和流动是在增压下，異有化学反应和传热传质过程的多相流体力学问题。带灰粒烟气在旋风除尘器中分离是气岡M相在高温下分离的气岡M相流问题。含微粒烟气在燃气轮机中的流动过程是稀相气固两相流在旋转机械中的气

8、固两相流体力学问题。此外，和常规凝汽式电站一样，还存在蒸发管屮汽水混合物的流动、传热，蒸汽轮机和凝汽器中的湿蒸汽两相流和凝结等右相变的气液两相流体力学问题。在核能发电方面，常规压水堆核电站因反应堆出口水冷却剂温度较低，其发电效率不高，一般为30%左右。新一代的高温气冷堆核电站