Кіріспе

Сұйықтық механикасында көп фазалы ағын - екі немесе одан да көп термодинамикалық фазалары бар материалдардың бір мезгілде ағыны. Бұл фазалар бір химиялық компоненттен (мысалы, су ағыны мен су буы) немесе бірнеше түрлі химиялық компоненттерден (мысалы, мұнай мен су ағыны) құралуы мүмкін. Фаза үнемі жалғасқан кеңістікті алып жатқан жағдайда үздіксіз болып саналады (фаза үнемі жалғастырылмаған кеңістікті алып жатқан жағдайда дисперсияға қарама-қарсы). Тұрақты фаза газ тәрізді немесе сұйық болуы мүмкін. Дисперсиялық фаза қатты, сұйық немесе газдан тұрады. Екі жалпы топологияны анықтауға болады: дисперстік ағындар және бөлінген ағындар. Біріншісі үздіксіз фазада таралған шекті бөлшектерден, тамшылардан немесе көпіршіктерден тұрады, ал екіншісі интерфейстермен бөлінген екі немесе одан да көп үздіксіз сұйықтық ағынынан тұрады. ХХ ғасырдың ортасында нуклеатты қайнатудың жетістіктері жасалды және бірінші екі фазалық қысымның төмендеу модельдері негізінен химиялық және процестік өнеркәсіптер үшін қалыптастырылды. Атап айтқанда, Локхарт пен Мартинелли (1949) екі фазалы ағынынан бөлінген көлденең фрикциялық қысымның құлдырау моделін ұсынды, бұл параметр әлі күнге дейін қолданылады. 1950-1960 жылдары аэроғарыш және ядролық секторларда жүргізілген қарқынды жұмыстар екі фазалы ағым бойынша қосымша зерттеулерді бастады. 1958 жылы екі фазалы ағындының алғашқы жүйелі зерттеулерінің біріне кеңес ғалымы Телетов қатысты. Бейкер (1965) тік ағын режимін зерттеуді жүргізді. 1970-ші жылдардан бастап, әсіресе мұнай өнеркәсібі жағдайында, әлемдік экономиканың мұнайға тәуелділігінің артуына байланысты, көп фазалы ағынды кеңінен зерттелді. 1980-ші жылдары көп фазалы ағынды модельдеуді әртүрлі құбырдың еңіс пен диаметріне және әртүрлі қысым мен ағындыларға сәйкес ағынды үлгілерін модельдеу арқылы көрді. 1990-шы жылдардағы есептеу қабілетінің жетістігі бірнеше фазалы ағынды модельдеудің күрделі модельдеу әдістерін қолдануға мүмкіндік берді, бұрын бір өлшемді проблемалармен шектелген ағындыларды үш өлшемді модельдерге итермелеуге болады.

Мысалдар мен қолдану

Көп фазалы ағын көптеген табиғи құбылыстарда тұрақты түрде кездеседі, сондай-ақ әртүрлі салаларда жақсы құжатталған және маңызды.

Табиғатта

Өзендердегі шөгінді тасымалдау көп фазалы ағынға жатады, онда суспензиядағы бөлшектер сұйық фазамен өзара әрекеттесетін дисперсиялық екінші фаза ретінде өңделеді. Кіші масштабтағы көп фазалы ағынның мысалы - саңылаулы құрылымдар. Кесінді құрылымды модельдеу Дарси заңының көмегімен көпіршікті орта арқылы көлемдік ағынды жылдамдықты есептеуге мүмкіндік береді, мысалы, тау жыныстары арқылы жер асты суларының ағысы. Тағы да мысалдар тірі организмдердің денелерінде, мысалы қан ағыны (плазма сұйық фазаны, ал қызыл қан жасушалары қатты фазаны құрайды. Сонымен қатар, адам ағзасының ішек жолындағы қатты азық-түлік бөлшектері мен судың бір мезгілде ағып өтуі.

Өнеркәсіпте

Өңдеу технологиясының басым көпшілігі көп фазалы ағынды қамтиды. Өнеркәсіптегі көп фазалы ағынның кең таралған мысалы - сұйықтық төсегі. Бұл құрылғы қатты сұйық қоспаны біріктіріп, оны сұйықтық сияқты қозғалтады. Бұған судың электролизі, ядролық реакторларда көпіршік ағыны, жану реакторларында газ бөлшектерінің ағыны және целлюлоза және қағаз өнеркәсібіндегі талшықты суспензия ағыны мысал бола алады. Мұнай және газ өнеркәсібінде көп фазалы ағыс көбінесе мұнай, су және газдың бір мезгілде ағылуын білдіреді. Бұл термин химиялық инъекция немесе ингибиторлардың әртүрлі түрлері бар кейбір саладағы ағынның қасиеттеріне де қолданылады. Мұнай өнеркәсібінде бұрғылау сұйықтығы газды қатты фазадан тұрады. Бұдан басқа, мұнай құбырлары арқылы ағып жатқан кезде мұнай газ бен судың үш фазалы ағыны болып табылады.