多相流體力學(xué)理論及其應(yīng)用

前言

多相流動(dòng)現(xiàn)象廣泛存在于自然界和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，與人類的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)。目前，在化工、石油、能源、冶金、環(huán)保和輕工等行業(yè)的許多生產(chǎn)設(shè)備中都涉及多相流動(dòng)工況，而多相流學(xué)科是以多相流系統(tǒng)為研究對(duì)象，以工程熱物理學(xué)為基礎(chǔ)，與數(shù)學(xué)、力學(xué)、信息、生物、環(huán)境、材料、電子計(jì)算機(jī)等學(xué)科相互融合交叉而逐步形成和發(fā)展起來(lái)的一門新興交叉學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，多相流在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)以及人類生活中日益重要，使得多相流研究成為國(guó)內(nèi)外極為關(guān)注的前沿學(xué)科。東北電力大學(xué)作者所領(lǐng)導(dǎo)的課題組先后在此研究領(lǐng)域承擔(dān)了各類基金項(xiàng)目lO項(xiàng)，其中包括：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“氣液兩相橫向沖刷管束的繞流特性”（No．50676017）1項(xiàng)；教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“氣液兩相繞鈍體旋渦脫落特性數(shù)值及試驗(yàn)研究”（No．206037）1項(xiàng)；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“非圓截面微通道內(nèi)氣液兩相流動(dòng)特性”（No．20060704）和“油氣水三相流動(dòng)特性與流量測(cè)量”（No．963407）2項(xiàng)；吉林省教育廳項(xiàng)目“石油工業(yè)油氣水混輸管道內(nèi)三相流型智能識(shí)別方法”（吉教科合字[2004]13）和“管束間氣液兩相縫隙流動(dòng)特性研究”（吉教科合字[2006]25）2項(xiàng)；吉林市杰出青年基金項(xiàng)目“多特征融合的油氣水多相流型識(shí)別方法研究”（No．2006034）和“管殼式換熱器內(nèi)氣液兩相流體誘導(dǎo)管束振動(dòng)的研究”（No．2007027）2項(xiàng)。到目前為止，在多相流體動(dòng)力學(xué)理論方面，本課題組發(fā)表學(xué)術(shù)論文55篇，其中國(guó)際會(huì)議論文2篇，中文重要期刊28篇，中文核心期刊18篇，20篇論文被EI收錄，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，國(guó)家實(shí)用新型專利2項(xiàng)。近30年來(lái)，通過(guò)大量的理論、試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算工作，人們對(duì)兩相流動(dòng)的了解有了巨大進(jìn)展，但無(wú)論從理論或試驗(yàn)而言，目前仍停留在對(duì)某些具體局部情況作較深的分析，或者在極度簡(jiǎn)化條件下對(duì)總體情況作一些粗略的預(yù)測(cè)，這是很不夠的。因此，需要將這些特殊、具體、個(gè)別情況的了解逐步上升為一般、全面、系統(tǒng)的理性認(rèn)識(shí)。目前研究水平大致是對(duì)大多數(shù)工程問(wèn)題可以通過(guò)試驗(yàn)研究得到認(rèn)識(shí)和解決，對(duì)某些問(wèn)題在理論上有了比較清楚的了解，數(shù)值計(jì)算的模擬得到了較大發(fā)展。

內(nèi)容概要

作者在多年從事多相流體力學(xué)理論和試驗(yàn)研究工作中，取得了令人滿意的創(chuàng)造性成果，本書(shū)為上述研究成果的總結(jié)。    全書(shū)共分10章，主要內(nèi)容包括緒論、管內(nèi)油氣水三相流動(dòng)的基本參數(shù)和基本方程、油氣水三相流動(dòng)特性研究、氣液兩相流動(dòng)特性研究、水平管內(nèi)油水兩相流動(dòng)特性研究、氣液兩相流流型智能識(shí)別方法的研究、鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性的理論研究、鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性試驗(yàn)研究、液固兩相流漿體水擊壓強(qiáng)與計(jì)算和氣液兩相繞圓柱流特性的研究。    本書(shū)可供工程熱物理、熱能工程、電廠熱能與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境設(shè)備與工程等相關(guān)專業(yè)人員、工程設(shè)計(jì)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材、本科生選修教材或參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

洪文鵬，男，1970年4月出生，副教授，碩士研究生（在讀博士），能源與機(jī)械工程學(xué)院動(dòng)力系副主任。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論　1.1  多相流體定義及其分類　　1.1.1  多相流體的定義　　1.1.2  多相流體的分類　1.2  多相流體力學(xué)的發(fā)展及其工程應(yīng)用　　1.2.1  多相流體力學(xué)的發(fā)展歷程　　1.2.2  多相流體力學(xué)在現(xiàn)代化工程中的應(yīng)用　1.3  多相流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展　　1.3.1  油氣水三相流動(dòng)　　1.3.2  氣液兩相流動(dòng)　　1.3.3  油水兩相流動(dòng)　　1.3.4  氣液兩相流流型智能識(shí)別　　1.3.5  高壓汽液兩相流動(dòng)不穩(wěn)定　　1.3.6  液固兩相流漿體水擊　　1.3.7  氣液兩相繞流特性　1.4  多相流體力學(xué)研究展望　參考文獻(xiàn)第2章  管內(nèi)油氣水三相流動(dòng)的基本參數(shù)和基本方程　2.1  管內(nèi)油氣水三相流動(dòng)的基本參數(shù)　2.2  管內(nèi)油氣水三相流動(dòng)的基本方程　　2.2.1  連續(xù)性方程　　2.2.2  動(dòng)量方程　2.3  雙流體模型中液相物性參數(shù)的計(jì)算方法　參考文獻(xiàn)第3章  油氣水三相流動(dòng)特性研究　3.1  水平管內(nèi)油氣水三相流流型特性研究　　3.1.1  概述　　3.1.2  流型的識(shí)別方法　　3.1.3  流型圖　　3.1.4  小結(jié)　3.2  水平管內(nèi)油氣水三相間歇流一環(huán)狀流轉(zhuǎn)換的研究　　3.2.1  理論模型　　3.2.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.2.3  小結(jié)　3.3  水平管內(nèi)油氣水三相泡狀流一彈狀流轉(zhuǎn)換的研究　　3.3.1  理論模型　　3.3.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.3.3  小結(jié)　3.4  水平管內(nèi)油氣水三相流動(dòng)摩擦阻力壓降特性研究　　3.4.1  理論模型及分析　　3.4.2  泡狀流摩擦阻力降　　3.4.3  環(huán)狀流摩擦阻力壓力降　　3.4.4  小結(jié)　3.5  水平管內(nèi)油氣水三相環(huán)狀流截面含氣率的研究　　3.5.1  理論模型　　3.5.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論　　3.5.3  小結(jié)　3.6  水平管內(nèi)油氣水三相分層流截面含氣率的研究　　3.6.1  理論模型　　3.6.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果　　3.6.3  小結(jié)　3.7  傾斜下降管內(nèi)油氣水三相流型及其轉(zhuǎn)變特性研究　　3.7.1  用時(shí)域壓差波動(dòng)信號(hào)區(qū)分流型　　3.7.2  用壓差波動(dòng)的頻域信號(hào)鑒別流型　　3.7.3  流型圖　　3.7.4  流型轉(zhuǎn)換界限　　3.7.5  小結(jié)　3.8  傾斜下降管內(nèi)油氣水三相流截面含氣率的計(jì)算　　3.8.1  泡狀流截面含氣率的計(jì)算　　3.8.2  分層流截面含氣率的計(jì)算　　3.8.3  環(huán)狀流截面含氣率的計(jì)算　　3.8.4  小結(jié)　3.9  傾斜下降管內(nèi)油氣水三相流的摩擦阻力壓降特性的研究　　3.9.1  泡狀流摩擦阻力壓降　　3.9.2  間歇流摩擦阻力壓降　　3.9.3  環(huán)狀流摩擦阻力壓降　……第4章  氣液兩相流動(dòng)特性研究第5章  水平管內(nèi)油水兩相流動(dòng)特性研究第6章  氣液兩相流流型智能識(shí)別方法的研究第7章  鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性的理論研究第8章  鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性試驗(yàn)研究第9章  液固兩相流漿體水擊壓強(qiáng)與計(jì)算第10章  氣液兩相繞圓柱流特性的研究參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：3．7．4 流型轉(zhuǎn)換界限油氣水三相流動(dòng)的復(fù)雜性給流型的判斷帶來(lái)困難，而各種流型間轉(zhuǎn)變界限的確定就更為困難。由于影響流型轉(zhuǎn)變的因素很多，如折算氣速、折算液速、重力、黏性力、表面張力、含油率傾角等，各種因素對(duì)流型轉(zhuǎn)變的貢獻(xiàn)大小相差迥異，不同流型間發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)起主導(dǎo)作用的因素也不盡相同。因此，僅憑帶有少量信息的二維流型圖只能判斷在典型工況下流動(dòng)大致處于哪種流型，對(duì)轉(zhuǎn)變界限附近的流動(dòng)形式就不能準(zhǔn)確判斷，對(duì)具體在什么條件下發(fā)生從一種流型向另一種流型的轉(zhuǎn)變就更加無(wú)能為力了。要解決這一問(wèn)題，就要綜合考慮各種因素對(duì)流型轉(zhuǎn)變的影響。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，我們不能窮舉各種狀態(tài)下流動(dòng)形式是怎樣發(fā)生轉(zhuǎn)變的，因此本文考慮采用包含各主要影響因素的一些無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)來(lái)對(duì)流型的轉(zhuǎn)變進(jìn)行判別。本文采用的無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)有以下幾種。

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