Уоллис — Одномерные двухфазные течения
Учение о течении двухфазных сред в каналах и связанных с этим процессах — гидродинамика двухфазных течений — сравнительно молодая наука. Она является разделом механики жидкостей и газов и опирается на ее принципы и методы. В настоящее время гидродинамика двухфазных течений находится, по-видимому, в начальной стадии становления.
Между тем такие течения часто встречаются в природе и широко используются в различных областях техники, но из-за отсутствия теории приходится довольствоваться экспериментальными исследованиями с ограниченным эмпирическим анализом их результатов. В настоящее время имеются данные по гидродинамике многих процессов, протекающих в конкретных условиях. Систематизация данных и их анализ являются важными этапами исследований. Эта работа уже начата и частично выполнена. В вышедших в последние годы монографиях и учебных пособиях содержатся обзоры современного состояния вопроса и анализ отдельных процессов, преимущественно эмпирическими методами, а также методами подобия и размерностей.
Цель книги Уоллис — Одномерные двухфазные течения — дать полное изложение основных методов исследования одномерных двухфазных течений и показать, как эти методы могут быть использованы для решения широкого круга практических задач. Тематика настоящего исследования имеет огромное значение для многих традиционных технических дисциплин. Данный раздел гидромеханики достиг уровня развития таких самостоятельных дисциплин, как гидродинамика сжимаемых сред или теория пограничного слоя. Со» временем некоторые более простые вопросы следовало бы ввести в студенческие курсы.
Так как рассмотрение всех аспектов двухфазных течений потребовало бы очень большого объема книги, пришлось ограничиться анализом течений, которые в существенной степени являются одномерными, т. е. течениями в трубопроводах и каналах или на протяженных поверхностях. Использование профилей скорости и концентрации допускает изменение параметров в поперечном направлении. Неодномерные эффекты вводятся, только когда это необходимо, для дальнейшего развитая формулировки одномерных допущений или при использовании данных, требуемых для адекватной постановки задачи. Например, для. пузырька, поднимающегося в жидкости, не рассматриваются двумерные поля внутреннего и внешнего течения, но делается ссылка на результирующую зависимость скорости от диаметра. Конечно, многие одномерные уравнения и методы легко представить в общей форме, заменяя в математических формулировках скалярные величины на векторные.
Для краткости основное внимание сосредоточено почти исключительно на гидродинамических аспектах двухфазных течений. Процессы тепло- и массообмена, а также механизмы образования зародышей «при фазовых превращениях подробно не рассматриваются. Поэтому читателю, интересующемуся соответствующими вопросами кипения, конденсации, вскипания (мгновенного парообразования), замерзания, горения и течений с химическими реакциями, может потребоваться дополнительная информация.
Большинство аналитических выводов отобрано, исходя из их общности и целесообразности применения при определении параметров, представляющих интерес в инженерных приложениях.
Книга Уоллис — Одномерные двухфазные течения рекомендуется в качестве учебника для студентов университетов, а также как справочное руководство для инженеров и исследователей. Книга Уоллис — Одномерные двухфазные течения — разделена на две части.
Часть I, Содержащая гл. 1—7, посвящена аналитическим методам, находящим широкое и достаточно общее применение. Эти методы поясняются примерами из различных областей техники. При пом основное внимание уделяется их общности, освоению ключевых концепций и развитию аналитического мышления, усвоения материала и его доступности.
Часть II содержит материал, связанный с конкретными сочетаниями фаз, режимами течения и практическими приложении. Например, в гл. 8 специальные разделы посвящены войнам псевдоожижения и осаждения. Каждой из основных структур газо-жидкостных потоков посвящена целая глава. Все методы, описанные в ч. I, используются в ч. II в соответствующих ситуациях. Рассматриваются конкретные расчетные методы, корреляции, границы режимов течения и специфические особенности некоторых систем. При этом основное внимание уделяется определению важнейших для технических приложений параметров.
Достаточно подробно однофазные течения рассматриваются в гл. 6 для объяснения основных положений распространения волн и их взаимодействия. Многие учебники по гидромеханике в этом отношении несовершенны. Лишь в некоторых из упоминается о непрерывных волнах. В большинстве же сказано, что упругие и гравитационные волны относятся к общему классу динамических волн, вызванных силами, которые добавлены некоторой формой градиентов концентрации. Чтобы не перегружать книгу, многие теоретические выводы в раздел задач, где показан путь решения или приводится ответ, но подробности вывода опущены.
Не рассматриваются также многие интереснейшие аспекты неодномерных фазных течений, за исключением тех случаев, когда они в значительной степени способствуют более полному описанию конкретных явлений. Предполагается, что читатель знаком с основами гидромеханики и термодинамики, а также с методами вывода уравнений охранения для соответствующего контрольного объема. Выводы фундаментальных теорем не приводятся и в большинстве случаев ислользуются только конечные результаты.
