مقدمه

جريان دو فازي چيست

بطور ساده يك فاز يكي از حالات ماده است و ميتواند مايع جامد يا گاز باشد جريانهاي چند فازي جريان توام و با هم چند فاز مي باشند جريان دو فازي ساده ترين حالت جريانهاي چند فازي است عبارت دو جزئي ( two component )بعضي از اوقات براي توصيف جريانهايي كه شامل ماده شيميايي يكسان نيستند استفاده مي شود براي مثال جريانهاي آب بخار دو فازي هستند در حاليكه جريانهاي هوا آب دو جزئي nbsp nbsp nbsp nbsp ( two component )هستند

بعضي از جريانهاي دو جزئي غالبا مايع مايع شامل يك فاز هستند اما اغلب جريانهاي دو فازي نام نهاده مي شوند كه در آنها فازها بطور پيوسته يا غير پيوسته قابل تشخيص خواهند بود گرچه محاسباتي كه جريانهاي دو فازي و يا دو جزئي را توصيف مي كنند از يكديگر قابل تشخيص هستند مشكلي براي تعاريف مربوطه به هر كدام از دو اصطلاح فوق وجود ندارد و در اين كتاب دو اصطلاح دو فازي و دو جزئي مترادف يكديگرند

تعداد زيادي مثالهاي مختلف و متنوع براي سيستم هاي جريانهاي دو فازي وجود دارد از قبيل هواي مه آلود دود باران ابرها و توده هاي يخ شناور شنهاي روان طوفانهاي گرد و غبار و لجن كه در طبيعت اتفاق مي افتند مثالهاي ديگر از قبيل آب جوش چاي آماده كردن و غيره

تعداد زيادي از پروسه هاي روزمره شامل يك رشته از جريانات متنوع دو فازي و يا ساير جريانات مي باشند براي مثال در يك قهوه جوش ابتدا آب جهت بوجود آوردن حبابهاي بخار مي جوشد سپس حبابهاي بخار همراه مايع بالا آمده و تماس با قهوه بوجود مي آيد و سپس قطره اي مايع به داخل ظرف باز مي گردد

سيستم هاي بيولوژي شامل چندين مايع خالصند مايعهاي بدن از قبيل خون نطفه شير همگي چند فازي هستند و شامل چندين نوع سلول يا ذره معلق مي باشند رفتار آنها را مي توان بوسيله معادلات شبيه بهم همچنانكه براي آناليز كردن رنگ ها جوهر ها و چسبها و سوختهاي غير اتمي مورد استفاده قرار مي گيرد توصيف كرد

چند مثال هم از كنترل و جلوگيري از آتش سوزي مي توان ذكر نمود تقريبا بدون استثناء روشهاي مختلف و متنوع خاموش كردن آتش اسپري فوران جوش شيرين پودرها پروسه هاي چند فازي هستند حتي آتش خاموش كنهايي كه در آنها از گاز خالص استفاده مي شود را نمي توان بدون بررسي تبخير ناگهاني كه در موقع خروج مواد از سيلندرهاي ذخيره اي با فشار بالا صورت مي گيرد در نظر گرفت

نيمي از مهندسي شيمي مربوط به جريانهاي دو فازي مي باشد مثالهاي فراواني در محدوده صنعت مي باشد بيشتر پروسه هاي صنعتي از قبيل توليد قدرت سرد سازي و تقطير بستگي به سيكلهاي تبخير و كندانس دارند توليد فولاد كاغذ سازي همگي شامل مراحل بحراني هستند كه بستگي به شرايط كار و وسائل در حالت چند فازي دارند بيشتر مسائل آلودگي آب و هوا از عدم استفاده از جريانهاي دو فازي ناشي مي شوند

روشهاي آناليز

جريانهاي دو فازي از تمام قوانين اساسي مكانيك سيالات تبعيت مي كنند معادلات كاملتر و متعددتر از همان معادلات در جريانهاي تك فازي هستند

روش آناليز كردن جريانهاي يك بعدي براساس چند دسته بندي هستند كه بستگي به مقدار اطلاعات مورد نياز براي توصيف جريان دارند اين دسته بندي در پاراگرافهاي بعدي توضيح داده خواهد شد

روابط nbsp nbsp CORRELATIONS                       

روابط حاصل از اطلاعات تجربي براي متغيرهايي كه انتخاب مي كنيم راهي براي بدست آوردن معادلات طراحي با كمترين عمليات رياضي مي باشند خاصترين روابط احتياج به بيشترين عمليات رياضي دارند كه در حال حاضر اجراي آنها بوسيله كامپيوتر به تكنيكهاي پيشرفته قابل اجرا مي باشند مزيت اين روابط در سادگي استفاده از آنها است همچنين اين روابط در مكانهاي مشابه و حالات مشابه با حالاتي كه اطلاعات مقدماتي و ابتدائي از آنها در اختيار است مورد استفاده قرار مي گيرند و كاملا در چنين شرايط صادق هستند

مدل هاي ساده تحليلي

مدلهاي تحليلي خيلي ساده كه اصولا در مورد جزئيات جريان بحث نمي كنند براي بررسي نتايج تجربي و هم پيشگوئي پارامترهاي طراحي كاملا مفيد مي باشند

براي مثال در يك مدل همگن ( homogenous  model )با اجزاء همانند يك سيال فرضي و مجازي با خواص متوسط رفتار خواهد شد در جريان بر اثر مدل جريان پراكنده nbsp nbsp nbsp nbsp nbsp nbsp nbsp ( separated  flow )nbsp فرض خواهد شد كه فازها در كنار هم جريان مي يابند معادلات جداگانه اي براي هر يك از فازها نوشته خواهند شد و البته تاثير بين دو فاز نيز در نظر گرفته مي شود

در مدل فلاكس جرياني ( drift  flow )توجه روي حركت نسبي متمركز خواهد شد

آناليز انتگرالي

آناليز انتگرالي با فرض فرم تابعي براي مثلا توزيع سرعت و يا غلظت در يك كانال آغاز خواهد شد و به توصيف اين تابع خاص خواهد پرداخت سپس اين توابع شرايط مرزي خاص و همچنين معادلات مكانيك سيالات به فرم انتگرالي را بوجود خواهند آورد براي آناليز كردن لايه مرزي در جريانهاي تك فازي از همين تكنيك استفاده مي شود

آناليز ديفرانسيلي

در يك آناليز ديفرانسيلي حدود سرعت و غلظت از معادلات ديفرانسيلي مناسب نتيجه خواهند شد معمولا از جريانهاي ايده آل يك بعدي پيروي شده معادلات بر حسب مقادير متوسط زماني نوشته مي شوند مانند تئوري جريان نا آرام در جريان تك فازي

معمولا تئوري پيچيده تر ما را به سمت نتيجه گيري تاثيرات اضافي و پيشگوئي مقادير عددي فاكتورهاي تصحيح كننده هدايت مي كنند و با استفاده از اين نتايج مي توانيم بر ميزان دقت تئوريهاي ساده بيفزائيم و همچنين اين تئوريهاي كامل و پيچيده ما را به سمت روابط بين متغيرهاي مهم هديت مي كنند

پديده هاي عمومي

علاوه بر اين سلسله روشهاي تحليلي يك روش و تكنيك قوي بر اساس پديده هاي عمومي مي باشد وجود دارد كه بستگي به نوع جريان مدل تحليلي و يا سيستم جرياني ندارد بعنوان نمونه مي توان تئوريهاي متعددي حركت موج و تكنيك اكسترمم براي بدست آوردن مكانهايي كه رفتار حدي يك سيستم رخ خواهد داد را نام برد

 

FLOW  REGIMES

ارزش اين قسمت از اين نظر است كه در سيستم هاي پيچيده با دقت بيشتري مي توانيم به پيشگوئي نتايج بپردازيم در صورتيكه بخواهيم از يك جريان دو فازي آناليز و تحليلي بسيار دقيق با جزئيات انجام دهيم ميزن اطلاعات فوق العاده زيادي از جريان لازم داريم براي مثال در مطالعه حركت يك حباب گازي كه در يك مايع ساكن و راكد بسمت بالا حركت مي كند پارامترهاي زير موثرند

خاصيت گاز