ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Математическое описание двухфазных систем из "Механика двухфазных систем " Природные явления и техника дают огромное число примеров многофазных систем. Касаясь лишь технических устройств, укажем на генерацию и последующую конденсацию пара в установках тепловой и атомной энергетики, процессы дистилляции, ректификации, выпарки, используемые в химической технологии, холодильной и криогенной технике, пищевых производствах. Нетрудно убедиться, что различные типы многофазных (гетерофазных) систем (жидкость—газ, жидкие эмульсии, потоки жидкости или газа с твердыми частицами) встречаются чаще, чем однофазные. В настоящем издании предметом анализа будут в основном двухфазные системы. [c.11] В пределах каждой отдельной фазы правомерны обычные дифференциальные уравнения сплошной среды, отражающие фундаментальные законы сохранения массы, импульса и энергии. Далее их будем просто иы ноштъ уравнениями сохранения. На межфазных поверхностях обязаны выполняться определенные граничные условия, отражающие эффекты взаимодействия фаз. Эти условия кратко будем иио.ноъ2аъ условиями совместности. [c.12] Совокупность систем уравнений сохранения для каждой из фаз и условий совместности o T iBn eT математическое описание (теоретическую основу) механики гетерофазных систем. [c.12] Для простых систем математическое описание может быть проинтегрировано. В более сложных случаях получение аналитических решений сопряжено со значительными математическими трудностями. [c.12] Математическое описание гетерофазных систем является основой для анализа условий подобия двухфазных потоков. [c.12] Понятие движения бессодержательно, если не указана система отсчета (система координат), относительно которой происходит перемещение объекта исследования. Выбор системы координат зависит от воли исследователя или местонахождения наблюдателя. Поэтому один и тот же процесс может быть описан в разных системах отсчета. Часто системы отсчета, удобные для лабораторного изучения процесса, называют лабораторными. В одних случаях в качестве лабораторной системы координат может применяться система отсчета, привязанная к поверхности Земли, в других — система отсчета, неподвижная относительно центра инерции автономного объекта (спутника, самолета и т.д.). Часто удобно анализировать процессы в системе отсчета, закрепленной на граничной поверхности области протекания явления, т.е. на стенках канала, на поверхности сосуда и т.д. [c.12] В частности, при описании двухфазных потоков в качестве таких специфических систем могут выступать системы, привязанные к центру инерции одной из фаз, к поверхности раздела фаз и т.д. [c.13] Такие системы называют собственными системами отсчета. [c.13] В качестве примера (рис. 1.2, а) показана картина всплывания газового пузырька в спокойной жидкости при наблюдении из системы отсчета, в которой жидкость и стенки заключающие ее сосуда неподвижны (лабораторная система координат). Для этой задачи можно также выбрать систему отсчета, привязанную к центру инерции пузырька. Тогда картина процесса в этой собственной системе координат примет вид рис. 1.2,6 вместо стационарного всплывания неподвижный пузырек обтекается встречным потоком жидкости. [c.13] Механика явления одинакова, но для описания процесса случай (б) имеет ряд преимуществ технического характера. [c.13] Кроме выбора системы отсчета в механике сплошных сред принципиальное значение имеет сам метод описания процессов. Рассмотрим этот вопрос. Пусть фиксирована некоторая декартова система отсчета Xj, Xj, или Xi , к = 1, 2, 3. В пространстве л происходит движение сплошной среды. [c.13] В настоящем курсе будет отдаваться предпочтение эйлерову методу описания как практически более рациональному. [c.14] В общем случае положение и форма межфазных границ в многофазных системах не могут быть определены заранее. Этим гетеро-фазные системы принципиально отличаются от гомогенных, для которых границы области протекания процесса, как правило, бывают известны (твердые ограничивающие поверхности), и на них задаются граничные условия — условия однозначности математического описания процесса. В многофазных (в частности, в двухфазных газожидкостных) системах эволюция межфазных границ могла бы быть определена только в процессе рещения задачи. Это означает, что в исходном математическом описании условия совместности могут быть записаны для границ раздела неизвестной формы. В настоящее время имеются лишь единичные примеры численного решения задач механики газожидкостных систем в такой строгой постановке, когда форма межфазной границы не задается, а определяется в процессе решения. При этом речь идет о достаточно простых задачах, например о росте одиночного парового пузырька на твердой обогреваемой поверхности в первоначально неподвижной жидкости. [c.16] Модель раздельного течения представляет собой нечастый случай, при котором реальная картина газожидкостного течения воспроизводится в модели достаточно точно. Взаимодействие газового (парового) потока со стекающей пленкой жидкости, кольцевые двухфазные потоки, в которых преобладающая часть жидкости течет в виде тонкой пленки по стенке, а в ядре потока движется газ, расслоенные течения в горизонтальных каналах — это те задачи, для которых модель раздельного течения вполне уместна. В рамках этой модели уравнения сохранения записываются отдельно для газовой и жидкой фаз, при этом форма границы раздела предполагается известной (плоской или цилиндрической). Реальная картина и в этих видах течений, как правило, намного сложнее той, что принимается в модели (в ней обычно не учитывают наличие жидких капель в потоке газа, волны на межфазной поверхности), но модель раздельного течения здесь, конечно, значительно ближе к реальности, чем гомогенная. [c.17] Вернуться к основной статье