Введение

В механике жидкостей многофазный поток - это одновременный поток материалов с двумя или более термодинамическими фазами. Эти фазы могут состоять из одного химического компонента (например, потока воды и водяного пара) или нескольких различных химических компонентов (например, потока нефти и воды). Фаза классифицируется как непрерывная, если она занимает непрерывно связанную область пространства (в отличие от дисперсной, если фаза занимает разъединенные области пространства). Непрерывная фаза может быть газообразной или жидкой. Фаза дисперсии может состоять из твердого, жидкого или газообразного вещества. Можно выделить две общие топологии: рассеянные потоки и разделенные потоки. Первый состоит из конечных частиц, капель или пузырьков, распределенных в непрерывной фазе, в то время как второй состоит из двух или более непрерывных потоков жидкостей, разделенных интерфейсами. В середине 20-го века были разработаны достижения в области кипения нуклеатов и сформированы первые модели падения давления в двух фазах, в основном для химической и технологической промышленности. В частности, Локхарт и Мартинелли (1949) представили модель падения трения давления в горизонтальном, разделенном двухфазном потоке, вводя параметр, который все еще используется сегодня. В 1950-1960 годах интенсивная работа в аэрокосмическом и ядерном секторах привела к дальнейшим исследованиям двухфазного потока. В 1958 году советский ученый Телетов провел одно из первых систематических исследований двухфазного потока. Бейкер (1965) провел исследования вертикальных режимов потока. С 1970-х годов многофазный поток, особенно в контексте нефтяной промышленности, широко изучался из-за растущей зависимости мировой экономики от нефти. В 1980-х годах было проведено дальнейшее моделирование многофазного потока путем моделирования моделей потока для различных наклонов и диаметров труб и различных давлений и потоков. Достижения в вычислительной мощности в 1990-х годах позволили использовать все более сложные методы моделирования для моделирования многофазного потока, потоки, которые ранее были ограничены одномерными проблемами, могли быть переведены в трехмерные модели.

Примеры и применения

Многофазный поток регулярно встречается во многих природных явлениях, а также хорошо документирован и имеет решающее значение в различных отраслях промышленности.

В природе

Транспорт осадков в реках подвергается многофазному потоку, в котором суспендированные частицы обрабатываются как дисперсная вторая фаза, которая взаимодействует с непрерывной жидкой фазой. Примером многофазного потока в меньшем масштабе будет внутри пористых структур. Моделирование структуры пор позволяет использовать закон Дарси для расчета объемного потока через пористые среды, такие как поток грунтовых вод через породу. Дальнейшие примеры происходят в организмах живых организмов, таких как кровоток (плазма - жидкая фаза, а красные кровяные клетки - твердая фаза. Также течет в кишечном тракте человеческого тела, при этом твердые частицы пищи и вода протекают одновременно.

В промышленности

Большинство технологий обработки включает многофазный поток. Распространенным примером многофазного потока в промышленности является флюидизированное ложе. Это устройство сочетает в себе твердую жидкую смесь и заставляет ее двигаться как жидкость. Другие примеры включают электролиз воды, пузырьковый поток в ядерных реакторах, поток газовых частиц в реакторах сгорания и волокнистые суспензионные потоки в целлюлозно-бумажной промышленности. В нефтегазовой промышленности многофазный поток часто подразумевает одновременный поток нефти, воды и газа. Термин также применим к свойствам потока в некотором поле, где происходит инъекция химических веществ или различных типов ингибиторов. В нефтяной технике буровая жидкость состоит из газо-твердой фазы. Кроме того, сырая нефть в процессе потока через трубопроводы является газонефтяной водой трехфазного потока.