多相流体定义及其分类

（1）多相流体的定义

物理学中，所谓的“相”是指自然界中物质的态，例如气态、液态、固态等。一种物态即称为一相。热力学中，物体中每一个均匀部分称为一相。各部分均匀的固体、液体和气体可分别称为固相物体、液相物体和气相物体，或统称为单相物体。但在流体动力学中，动力学性质相近的一群物体就可以称为一相。一种物态可能是单相的，也可能是多相的。因此，流体动力学中讨论的“相”会比物理学或热力学中的“相”具有更广泛的意义。各部分均匀的气体或液体的流动，可称为单相流体的流动或简称为单相流。所谓两相流或多相流，是指同时存在两种或多种不同相的物质流动，例如，气体和液体的混合流动，气体和固体的混合流动，液体和固体的混合流动，气体、液体和固体的混合流动等，它们都满足两个条件：一是必须存在相的界面，二是相界面必须是运动的。

固体、液体和气体的性质明显不同。固体具有一定的形状和体积；液体没有一定的形状，但有一定的体积且具有流动性；气体总是均匀充满全部容器，其形状和体积是由容器的形状和容积决定的，同时具有流动性。由此可见，固体是无法与气体或液体混合成均匀的单相流体的，因此固体颗粒和气体或液体的混合流动均属多相流。各种液体混合在一起，有时可成为一种单相流体，如水与酒精的混合物；有时则不能，例如水与水银的混合。因此，各种液体的混合流动可能是单相流，也可能是多相流。各种气体都能混合均匀，成为一种单相气体，因此各种气体的混合流动均属单相流。

深刻理解物理学和流体动力学中“相”的概念，以及单相流与多相流的概念，有助于我们建立描述多相流体运动的理论。

（2）多相流的分类

常用的多相流的分类方法是根据参与流动的相的数目来分类，如两相流、三相流等，其中尤以两相流最为常见。两相流主要有3种：气体－液体两相流、气体－固体两相流和液体－固体两相流。另外还有两种不能均匀混合的液体一起流动的，称为液－液两相流。三相流主要有3种：气体、液体和固体颗粒一起流动的气－液－固三相流，两种不能均匀混合的液体和固体颗粒一起流动的液－液－固三相流，两种不能均匀混合的液体与气体一起流动的气－液－液三相流。

通常情况下，多相流动体系总是由2种连续介质或1种连续介质和若干种不连续介质组成。连续介质称为连续相，不连续介质（如固体颗粒、水泡、液滴等）称为分散相（或非连续相）。根据流动介质的连续与否，可以把多相流动分为两类：连续相中含有分散相的均匀或不均匀的混合物的流动，普通多相流动多指这类流动；相交界面相互作用起着重要作用的流动，此时两相介质是均匀的，但必须考虑相界面的力学关系。

还可以根据参加流动的各组分对多相流进行分类。以气－液两相流为例，可分为单组分气－液两相流和双组分气－液两相流。例如，水蒸气和水的组分是相同的，所以汽－水混合物的流动属于单组分气－液两相流；空气和水的组分是不同的，所以空气和水的混合物的流动属于双组分气－液两相流。单组分气－液两相流在流动时根据压强的变化会发生相变，即部分液体能汽化为蒸气或部分蒸气凝结为液体；双组分气－液两相流则一般在流动时不会发生相变。

严格地说，即使在一般认为是单相流体的液体和气体中也往往含有另一相的成分在内。但根据实际情况，我们在满足研究要求的同时，能使问题简化，往往视其为单相流体运动。例如，当温度降低时，含于气体中的水蒸气就会凝结，使气体带有微量水分；又如，在水流中几乎也总含有少量空气。在这些情况下，由于气体或液体中所含另一相数量微小，所以就可看作单相流体。

根据换热情况的不同，多相流还可分为与外界无热量交换过程的绝热多相流和有热量交换的多相流。在有热量交换的多相流中，伴随着流动过程常会发生单组分性质的相变（即液体汽化成蒸气或蒸气凝结成液体）。

由于多相流的参数多，相间存在变动界面以及非平衡效应，使得多相流问题的处理十分困难和复杂。