МНОГОФАЗНОЕ ТЕЧЕНИЕ

МНОГОФАЗНОЕ ТЕЧЕНИЕ

- течение смеси, в к-рой могут присутствовать газообразная, жидкая и твёрдая фазы неск. веществ. M. т., как правило, является неравновесным течением. К M. т. относят течение смеси газа с каплями и твёрдыми частицами одного или неск. веществ, смеси жидкости с твёрдыми частицами н газовыми пузырями, смеси жидкостей с каплями жидкости и газовыми пузырями др. состава, смеси газов, жидкостей и твёрдых частиц; течения композиц. материалов, водонасыщенных грунтов и т. п.

M. т.- течение гетерогенных смесей в отличие от течения однородных по фазовому состоянию гомогенных смесей. Частный случай M. т.- двухфазное течение, в к-ром присутствуют только две фазы вещества. Жидкие и твёрдые частицы, газовые пузыри в M. т. могут различаться не только физ. свойствами входящих в них молекул, но и скоростями, темп-рой и плотностью. При M. т. происходят фазовые превращения: конденсация и испарение, плавление, кристаллизация, сублимация.

M. т. по сравнению с гомогенным течением существенно сложнее. Так, при взаимодействии твёрдых или жидких частиц с газом возможно их ускорение или замедление, нагрев или охлаждение, что приводит к аэроди-намич. дроблению, испарению, слиянию (коагуляции) жидких частиц, что в свою очередь оказывает воздействие на параметры газовой фазы. Эти же эффекты могут приводить к сепарации частиц разл. размеров, к повышенной концентрации их в разных областях точения и, наоборот, к полному отсутствию в других. Твёрдые частицы при взаимодействии могут упруго и неупруго сталкиваться, дробиться и т. д. В потоках газа с твёрдыми и жидкими частицами, а также в парожидкостных потоках, движущихся в каналах, трубах и соплах реактивных двигателей и аэродинамич. труб, при M. т. возможны образование плёнок на стенках, срыв и осаждение капель и частиц на них, теплообмен между паром, каплями и плёнкой. Твёрдые или жидкие частицы могут попадать на стенки, осаждаться на них либо отражаться и вновь попадать в поток. При взаимодействии частиц со стенками возможны динамич. и тепловые разрушения последних (эрозия).

T. о., при M. т. происходит чрезвычайно сложное взаимодействие фаз, сопровождающееся различными физ.-хим. процессами, изменяющими состав, газодв-намич. и термодинамич. параметры каждой из фаз, их массовую долю и размеры включений (жидких либо твёрдых частиц, пузырьков). При взаимодействии фаз происходит обмен массой, импульсом и энергией. При M. т. процессы диффузии, вязкого взаимодействия, турбулентности, распространения звука, излучения, ударные волны существенно иные, чем при течении гомогенных смесей.

При матем. описании многофазной сплошной среды используют законы сохранения массы, импульса и энергии для каждой из фаз и смеси в целом, записанные в интегральной или дифференц. формах, применяя при этом понятие о многоскоростном континууме с взаимопроникающим движением составляющих. Многоскоростной континуум представляет собой совокупность N континуумов, каждый из к-рых относится к своей составляющей смеси и заполняет один и тот же объём, занятый смесью. Для каждого из этих составляющих континуумов в каждом потоке определяются плотность, скорость, а также и др. параметры. Тогда в каждой точке объёма, занятого смесью, будет определено N плотностей, темп-р и скоростей. Так, при течении газа с жидкими или твёрдыми частицами группы частиц разл. размеров с разными физ. свойствами образуют многоскоростной континуум в соответствии с числом таких групп.

Для полного описания движения многофазной среды необходимы ещё термич. и калорич. ур-ния состояния, позволяющие выразить тензор напряжения и внутр. энергию через остальные параметры смеси и нек-рые физ.-хим. константы. При решении конкретных задач следует использовать также соотношения, определяющие параметры массового, силового и энергетич. взаимодействия между фазами. К числу таких соотношений относят, напр., соотношения, позволяющие определять скорость возникновения жидкой фазы при конденсации, сопротивление частиц при их обтекании, законы слияния и дробления жидких частиц, скорость кристаллизации и т. д.

M. т. имеют место в метеорологич. процессах, авиации, технол. процессах, энергетике и т. д.

Лит.: Крайко A. H. и др., Механика многофазных сред, в кн.: Итоги науки и техники. Сер. Гидромеханика, т. 6, M., 1972. У. Г. Пирумов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.