2.1.3　流动与宏观混合的关系

混合的研究,不管从实验还是从数值模拟方面来看,都可以分成迥然不同的两个机理(或阶段),即宏观混合和微观混合两个阶段。宏观混合描述了性质不同的物料团块在整个反应器内的运动、分散和互相接近的过程,其间不同物料被分割的尺度逐渐减小,一直减小到湍流中最小涡团的Kolmogorov尺度为止。微观混合则是指不同的物质组分向分子尺度的均一化过程,它从混合过程一开始就在进行,但两种流体分隔(离集)尺度大时,它们之间的接触面积很小,微观尺度的分子扩散的作用几乎可以忽略。宏观混合接近完成时,微观混合才开始真正发挥作用。

因此,宏观混合基本不依赖于分子扩散,与之攸关的机理(对流、湍流、旋涡、剪切、混沌等)都是流体力学及其湍流理论能理解,并用数学模型能描述和求解的问题。因此,宏观混合完全可以在流体力学和计算流体力学(CFD)的范畴内加以解决。用示踪剂来测定宏观混合时间,只是实验技术的需要,伴随示踪剂均匀化的示踪剂分子扩散实际上与宏观混合无关。因此,在进行宏观混合的CFD模拟的时候,应该只需要模型和模拟的流体力学部分,无需引入示踪剂的对流扩散方程。直接从流场的CFD模拟导出宏观混合的各种定量指标在理论上是成立的(毛在砂,2017)。本书第4、5两章中将更多地讨论宏观混合与流场、停留时间分布间的关系。