В механике жидкости двухфазный поток — это поток газа и жидкости — частный пример многофазного потока . Двухфазный поток может возникать в различных формах, например потоки, переходящие из чистой жидкости в пар в результате внешнего нагрева , отрывные потоки и дисперсные двухфазные потоки, в которых одна фаза присутствует в виде частиц, капель или пузырьков. в непрерывной фазе носителя (т.е. в газе или жидкости).
Широко распространенный метод классификации двухфазных потоков состоит в том, чтобы рассматривать скорость каждой фазы так, как будто других доступных фаз нет. Параметр представляет собой гипотетическое понятие, называемое Поверхностная скорость .
Исторически сложилось так, что, вероятно, наиболее часто изучаемые случаи двухфазного потока наблюдаются в крупных энергосистемах. Угольные и газовые электростанции использовали очень большие котлы для производства пара для использования в турбинах . В таких случаях вода под давлением пропускается через нагретые трубы и при движении по трубе превращается в пар. Проектирование котлов требует детального понимания особенностей теплопередачи двухфазного потока и поведения перепада давления, что существенно отличается от однофазного случая. Еще более важно то, что ядерные реакторы используют воду для отвода тепла из активной зоны реактора с помощью двухфазного потока. В таких случаях было проведено большое количество исследований природы двухфазного потока, чтобы инженеры могли предусмотреть возможные неисправности трубопроводов, потерю давления и т. д. (авария с потерей теплоносителя (LOCA)) . [1]
Другой случай, когда может возникнуть двухфазный поток, — это кавитация в насосе . Здесь насос работает близко к давлению паров перекачиваемой жидкости. Если давление упадет дальше, что может произойти, например, локально возле лопаток насоса, то может произойти фазовый переход и в насосе появится газ. Подобные эффекты могут возникнуть и на морских гребных винтах; где бы это ни происходило, это серьезная проблема для дизайнеров. Когда пузырь пара схлопывается, это может вызвать очень большие скачки давления, которые со временем приведут к повреждению гребного винта или турбины.
Вышеупомянутые случаи двухфазного потока относятся к одной жидкости, которая сама по себе встречается в виде двух разных фаз, таких как пар и вода. Термин «двухфазный поток» также применяется к смесям различных жидкостей, имеющих разные фазы, например, воздуха и воды или нефти и природного газа. Иногда рассматривается даже трехфазный поток, например, в нефте- и газопроводах, где может присутствовать значительная доля твердых частиц. Хотя нефть и вода не являются строго отдельными фазами (поскольку они оба являются жидкостями), их иногда рассматривают как двухфазный поток; и сочетание нефти, газа и воды (например, поток из морской нефтяной скважины) также можно считать трехфазным потоком.
Другие интересные области, где изучается двухфазный поток, включают электролиз воды , [2] климатические системы, такие как облака , [1] и поток грунтовых вод , в которых изучается движение воды и воздуха через почву.
Другие примеры двухфазного потока включают пузыри , дождь , волны на море , пену , фонтаны , мусс , криогенику и нефтяные пятна . Последний пример — электрический взрыв металла.
Несколько особенностей делают двухфазный поток интересной и сложной отраслью механики жидкости:
Бульканье — характерный звук , издаваемый нестабильным потоком двухфазной жидкости, например, при выливании жидкости из бутылочки или при полоскании горла .
Моделирование двухфазного потока все еще находится в стадии разработки. Известные методы