【導(dǎo)讀】對固體發(fā)動機(jī)而言，存在著很多有關(guān)兩相流的問題，比如發(fā)動。慮兩相流的影響、熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要計(jì)及兩相流動等。因此對兩相流動力學(xué)進(jìn)行跟。中存在的問題，找出解決兩相流問題的方法，并掌握其發(fā)展方向。到目前為止，兩相流理論還不夠完善，兩相流仍處在發(fā)展的初期階。外的學(xué)者們也早已將注意力集中在兩相流的相關(guān)研究上，并取得了較大的成果。概括了兩相流在航空航天方面國內(nèi)外的進(jìn)展及最新研究成果。了目前的水平，但是兩相流燒蝕、推進(jìn)劑燃燒模型等方面仍然未作出成果。等；介紹了顆粒相的物理特性及傳熱傳質(zhì)等相關(guān)理論；給出了兩相流的基本方程；并簡要敘述了二相流檢測技術(shù)的相關(guān)知識，以及現(xiàn)有的測量技術(shù)的種類。律，以及加速度對推力的影響。

　　

【正文】 19 入的二全球穩(wěn)定框架內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和比較。我們的發(fā)現(xiàn)表明最放大固有模式粒子注入與沒有粒子注入的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。然而 ,光譜表明 ,粒子的引入導(dǎo)致更穩(wěn)定的模式。最后 ,與原先基于流函數(shù) 工作方法的比較是值得提供和討論的。 20xx 年， Joseph [5859]等研究了在微管道中兩相流動的三重接觸點(diǎn)的滑移現(xiàn)象。 20xx 年 1 月，他們又研究了兩相流中三重接觸點(diǎn)處的滑移模型。 Teng Li[60]等提出了一種關(guān)于兩相流問題的非粘性正規(guī)化技術(shù)的守恒定律。在守恒定律應(yīng)用之前的“可觀測”范圍內(nèi)，該技術(shù)依賴于濾波關(guān)系式，又和仿真原理緊密相關(guān)，并形成一組“可觀測的方程”。在早期的工作中這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于檢測伯格斯方程、等熵歐拉方程和歐拉方程，并且結(jié)果與先前的論文所發(fā)表的十分吻 合。目前的研究工作中，可觀測法已經(jīng)延伸到兩相流問題中，以便調(diào)整設(shè)備的界面及接口。得到了通過利用不可壓縮可觀測歐拉方程的一種靜止高密度的流體的瑞利 泰勒不穩(wěn)定性的模擬和低密度氣泡上升的仿真結(jié)果。 Joseph J. Thalakkottor[61]等研究了 諸如移動接觸線和角流等問題以及靠近墻的氣流速度在與壁垂直和相切的空間內(nèi)變化。 Navier 和 Maxwell 滑移模型考慮了速度只在于壁垂直方向變化的氣流。作者用分子動力學(xué)模型來研究移動接觸線問題。在三重接觸點(diǎn)附近，滑移長度依賴于局部速度梯度張量和數(shù)密度?；崎L度和速度尺度梯度張量被計(jì)量；這有助于根據(jù)所得數(shù)據(jù)給滑移長度繪制一個通用曲線。通用曲線有助于把滑移長度與氣流壁特性和局部流動參數(shù)聯(lián)系起來。廣義滑移模型和通用曲線在不執(zhí)行計(jì)算復(fù)雜的分子動力學(xué)模擬下，給范圍廣泛的穩(wěn)定流問題提供了一個準(zhǔn)確的邊界條件。 [62]等氣體和液體在一個穿過結(jié)點(diǎn)的微管道中合流，并周期性形成微量的燃料沉積。燃料噴射系統(tǒng)就是以這種循環(huán)現(xiàn)象為的基礎(chǔ)，分離單組元推進(jìn)劑的微型推進(jìn)器設(shè)計(jì)可以為下一代的小型衛(wèi)星所使用， McCabe 的研究工作證明了燃料沉積的形成。作者利用數(shù)值模 型和仿真對這個問題做了進(jìn)一步的研究，結(jié)果表明，沉積特征的敏感度與材料的屬性（表面張力、接觸角、燃料的粘度等）相關(guān)，這項(xiàng)應(yīng)用實(shí)際關(guān)心的這些問題是由于在典型運(yùn)行期間潛在的熱變化和流體的污染。對于每一種屬性，只有沉積物性質(zhì)變化不敏感的地方才是高度穩(wěn)定的區(qū)域；然后，又做了一系列的三維模擬來研究沉積物形成過程中管道深度的影響，模擬結(jié)果表明，隨著管道深度的增加，沉積物體積和分支的位置也會增加，當(dāng)深度超過一定的范圍，沉積物的體積會增加 20%，分支的位置也會增加到 10 管道寬度，這項(xiàng)結(jié)果表明，三維模擬的影響抑制燃料流率能力的 系統(tǒng)，對于低推力應(yīng)用是十分必要的，該研究技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于微型推進(jìn)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造上。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 第三章 兩相流基本理論 167。 167。 兩相流概念 “相”，通常是指某一系統(tǒng)中具有相同成份及相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻物質(zhì)部分，各相間有明顯可分的界面。我們通常把物質(zhì)分為固體、液體、氣體以及等離子體四種相態(tài)。在不考慮電磁特性或電磁力的影響可忽略不計(jì)時，等離子體與氣體具有相同的性質(zhì)，可以把等離子體歸入氣體類中。 單相流是指單相物質(zhì)的流動，兩種混合均勻的氣體或液體的流動也屬于單相流。同時存在兩種及兩種以上 相態(tài)的物質(zhì)混合體的流動就是兩相或多相流。 兩相流還可定義為兩相物質(zhì)（至少一相為流體）所組成的系統(tǒng)。若流動中物質(zhì)的相態(tài)對于兩個，則成為多相流。 另外一種比較好的定義兩相流的概念方丁酉在《兩相流動力學(xué)》中提到的，即兩相流就是流體相和顆粒相組成的流動。其中流體相指氣體或者液體等連續(xù)介質(zhì)；顆粒相包括固體顆粒、液滴和氣泡等離散介質(zhì)。 167。 兩相流動的特點(diǎn)及分類 比起單相流動，兩相流動的適用范圍更廣，更符合實(shí)際中的應(yīng)用，但是它的物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)描述卻要復(fù)雜的多。概括起來，她大概有如下幾方面的特點(diǎn)： （ 1） 流動形態(tài)復(fù)雜多變； （ 2） 相間的相互作用比較強(qiáng)； （ 3） 物性參數(shù)比較多而且變化大； （ 4） 能耗隨阻力系數(shù)的變化而變化； （ 5） 有松弛現(xiàn)象，一般在激波面后或者壁的表面出現(xiàn)； （ 6） 具有電磁效應(yīng)； （ 7） 數(shù)學(xué)描述難度大。 兩相流種類一般分為： （ 1） 氣液兩相流； （ 2） 氣固兩相流； （ 3） 液固兩相流； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 （ 4） 液液兩相流。 167。 顆粒相特性 一、 顆粒相物理特性 懸浮顆粒因兩相流動的不同而表現(xiàn)出不同的化學(xué)組成及性質(zhì)。比如，工業(yè)氣體以及空氣中的懸浮顆粒帶有塵埃；含 Al 推進(jìn)劑的燃燒氣體中含有鋁和三氧化二鋁顆粒等。 在兩相流動中，當(dāng)粒子的溫度發(fā) 生改變時，粒子相的物理特性也會隨之改變。某些微粒的物質(zhì)密度與溫度之間的關(guān)系，一般都呈現(xiàn)線性特征，即： )](1[ rppm prmp TTa ??? ?? (31) 式中 rT —— 參考溫度； mpr? —— 參考溫度下的顆粒物質(zhì)密度； pa —— 常系數(shù)； pT —— 顆粒溫度。 二、 顆粒相的形狀與尺 寸特性 粒子的形狀和粒子的的形成具有緊密的聯(lián)系。比如通過結(jié)晶而產(chǎn)生的固體微粒，會有多種多樣的結(jié)晶狀態(tài)；因霧化法形成的 1 毫米以下的玻璃顆粒和小液滴，因?yàn)楸砻鎻埩Φ挠绊懀旧蠟榍蛐?，但是?dāng)重力作用非常大時，懸浮的液滴將趨向于最小阻力的形狀。另外，重油燃燒形成的微粒，不完全燃燒時形成煤（碳黑）粒子，呈現(xiàn)絲絮狀；完全燃燒時產(chǎn)生的顆粒，它是結(jié)晶狀的固體顆粒。發(fā)動機(jī)中的 32OAl 顆粒，在燃燒室中表現(xiàn)為液態(tài)形狀，然而在表面張力的作用的條件下，會表 現(xiàn)為球形。當(dāng)三氧化二鋁的尺寸在 1100 微米之間時，其形狀大部分都呈球形。 顆粒尺寸的分布是顆粒相中最重要的特性，分布尺寸顆粒通常用分布密度來描述顆粒尺寸的分布。因?yàn)闇y量微粒直徑 分布的方法的不同，通常用兩種方法來描述顆粒的分布密度，一種是按粒徑的顆粒數(shù)分布密度，另一種是按粒徑的顆粒質(zhì)量分布密度。 另外，對許多粒子直徑分布的檢測說明，粒子分?jǐn)?shù)按粒子半徑的連續(xù)分布密度能夠近似地用對數(shù)正態(tài)分布的曲線來擬合，且正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，粒子半徑就越分散。 三、顆粒阻力 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 顆粒阻力是顆粒在靜止流體中作勻速運(yùn)動時流體作用 于顆粒上的力。顆粒阻力按相對運(yùn)動的雷諾數(shù)范圍的不同而有不同的規(guī)律： 斯托克斯定律 pdc Re24? （ 1Re?p ） （ 32） WallisKliachko 公式 ? ? ppdc Re/246/Re1 32 ??? ? ?1000Re1 ?? p （ 33） 牛頓公式 ?dc ? ?1000Re ?p （ 34） 式中： pRe 是相對雷諾數(shù)， vdvvppfp ??Re 在顆粒的溫度高于氣體的溫度時，顆粒阻力會變大，大于等溫時的阻力。 計(jì)算 pRe 中的 v 可用“ 31 定律”，即 fp vvv 3231 ?? （ 35） 式中： pv 和 fv 是流體在 PT 和 fT 下的粘性系數(shù)， PT 和 fT 分別是粒子和流體的溫度。有蒸發(fā)、揮發(fā)反應(yīng)時，顆粒的阻力會稍有下降，可以如下的公式來修正 ? ? BBcc dd /1ln0 ?? （ 36） 有關(guān)和顆粒質(zhì)量損失率式中：無量綱參數(shù) m?B ? ? ? ??? N u DdmB p/1ln ??? （ 37） 四、顆粒的熱量、質(zhì)量傳遞 傳熱 因?yàn)轭w粒和氣相的溫度不一樣，它們之間就會有熱量的傳遞，而且以對流形式為主。 傳熱量為：一個顆粒對流體的對流 )(Pr4pfppfp TTgCrQ ??? ?? (38) 應(yīng)的修正因子；流體湍流與氣相稀薄效式中： ??pg 594Pr ??gg?? ， g? — 氣相比熱比。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 顆粒除對流傳熱外，還有通過輻射的方式向氣體和壁面?zhèn)鳠帷? 顆粒的質(zhì)量傳遞 因?yàn)檎舭l(fā)、凝結(jié)或者化學(xué)反應(yīng)等因素，顆粒和氣相間就會有質(zhì)量的傳遞。質(zhì)量傳遞是由分子的擴(kuò)散與對流引起的。對于普利姆 (Priem)液滴蒸發(fā)模型，顆粒的質(zhì)量傳遞率 pm. 為： )(4 2. sGPPp PP PP L nKrm ?? ?? (39) 式中： GK — 質(zhì)量傳遞系數(shù)， Kg/s m2 Pa； P? — 顆粒蒸汽的相對分子量； PaPP s 表面蒸發(fā)物質(zhì)的分壓，混合氣體的壓強(qiáng)和顆粒和 ?? 另外，對于顆粒的傳熱和傳質(zhì)還可以用 RanzMaeshell 公式來描述，即 pNu ?? （ 310） ScSh p?? （ 311） 五、稠密顆粒群和稀疏懸浮體 本節(jié)前面研究的只是單個顆粒的受力、傳熱及傳質(zhì)情況，還沒有考慮顆粒之間的相互作用。其中，顆粒間的相互作用包括三個方面的內(nèi)容： 顆粒之間的相互擠壓； 顆粒之間的相互碰撞； 顆粒之間流體的相互作用效果。存在粒子間相互作用的兩相混合物系統(tǒng)稱為稠密顆粒群，把不需要計(jì)及這種相互作用的稱稀疏懸浮體。 對于稀顆粒群兩相流動，顆粒運(yùn)動主要取 決于氣動力。對于稠顆粒群兩相流動，顆粒運(yùn)動主要取決于顆粒間的碰撞。 167。 兩相流基本方程 因?yàn)樵趦上嗔鲃拥倪^程中，不僅要考慮兩相之間的質(zhì)量、熱量以及能量的傳遞，而且粒子表面上的點(diǎn)傳遞量也都是不一樣的；氣象繞過的顆粒表面都有附面層及與附面層相關(guān)的復(fù)雜流動；另外，顆粒具有尺寸分布，不同尺寸顆粒附近的氣相流動均不相同，而且顆粒之間還有碰撞、聚合和破碎等現(xiàn)象。因此，兩相流動是非常復(fù)雜多變的。 由于兩相間有質(zhì)量交換，除了有由于速度差和溫度差所產(chǎn)生的動量交換和熱量交換外，還伴隨有由質(zhì)量交換所產(chǎn)生的動量交換和能量交換 。為了計(jì)算每個顆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 粒的質(zhì)量交換，假設(shè)顆粒相變的產(chǎn)物以某個平均速度和平均溫度加入氣相。 方程推導(dǎo)中的基本假設(shè)有： 忽略掉顆粒布朗運(yùn)動造成的壓力； 顆粒內(nèi)部溫度是均勻的； 顆粒滿足擬流體假設(shè)。 一、質(zhì)量守恒方程 氣相質(zhì)量守恒方程 守恒方程：，微分形式的氣相質(zhì)量考慮控制容積的任意性 ( ) =gg g pVt? ? ? ?? ??? (312) 式中： g? —— 氣相密度 ； 釋放率；按質(zhì)量平均的顆粒質(zhì)量單位控制體內(nèi)全部顆粒??? gV —— 對于 A 的平均氣相速度。 顆粒相質(zhì)量守恒方程 tp p pVt? ? ? ?? ? ? ? ?? (313) 式中： m axm in1 pprp p m prpV V f dr?? ? 式中： 顆粒半徑的分布密度；單位體積內(nèi)顆粒質(zhì)量按??mf 兩相混合物的質(zhì)量守恒方程 兩相混合物的質(zhì)量守恒方程時只需要將相同條件下的氣相、顆粒相方程相加即可。 將上面所得的兩個公式相加可得二相混合物的質(zhì)量守恒方程： ? ? ( ) = 0gtg g p pVVt?? ???? ? ? ?? （ 314） 二、 動量守恒方程 氣相動量守恒方程 ? ?( 1 ) + + + = ( ) ( )ggT p p p g g g g g g gVp V X g V V V Vt? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 315） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文