湍流分散体系(如气-液、液-液等)中流体流动时伴随发生的流体颗粒(以下简称流粒,气泡或液滴)的破裂现象通常决定了流粒在流场中的分散状态、粒径分布和相界面积,因而对整个体系的传质、传热和反应性能有着重要影响。深入理解湍流中流粒的破裂机理并构建出相应的理论模型可为多相反应器的设计、优化和工业放大提供分散相粒径分布和相界面积分布方面的重要理论依据。本文通过对以往破裂频率模型进行分析,提出了前人模型中采用的“流粒尺寸总是落在惯性子区”和“小于或等于流粒尺寸的湍流涡才能引起流粒破裂”的假设具有明显不合理性(二者结合,相当于认为只有惯性子区的湍流涡才对流粒破裂有贡献)。此外,以往破裂频率模型大都是借鉴气体分子反应速率的建模方式,以流粒与湍流涡的碰撞频率与破裂概率的乘积来获得流粒的破裂频率。但由于受湍流脉动随机性的影响,湍流涡的寿命时间也具有一定的随机性,这使得湍流涡与流粒之间的碰撞较气体分子情形要更为复杂。前人模型由于是直接照搬气体分子碰撞模式,因而无法体现湍流涡寿命时间对流粒与湍流涡碰撞的影响。不同于前人模型,本文将对流粒破裂有贡献的湍流涡的分布区域扩展至了整个湍流能谱范围(即同时包括含能涡子区、惯性子区以及耗散子区);进而在全能谱分布函数的基础上和考虑湍流涡寿命时间的前提下,提出从构建湍流涡与流粒的碰撞概率模型以及引入临界破裂速度的思路来推导流粒破裂频率模型。通过引入湍流涡与流粒的相对速度、碰撞角度、碰撞自由程等反映碰撞物理过程的参数,并考虑流粒与湍流涡的初始相对距离、湍流涡寿命时间内涡旋所能运动的相对距离对碰撞的影响,本文获得了可导致流粒破裂的碰撞频率及其相应的流粒破裂频率模型、子尺寸分布模型。本文提出的破裂频率模型和子尺寸分布模型的预测结果表明:流粒破裂频率随着湍流动能耗散速率的增加而增大,但随着流粒尺寸的增大,流粒破裂频率呈现出先增大后降低的趋势。越高的湍流动能耗散速率对应着湍流涡传递给流粒的能量越多,因此流粒发生破裂的频率越大;此外,在湍流动能耗散速率较低时,液滴子尺寸分布以等尺寸破裂概最高,但当湍流动能耗散速率增大时,非等尺寸破裂概率逐渐增大,液滴子尺寸分布曲线变得平坦;表面张力越小,流粒越易发生破裂,相应的流粒破裂频率越大、非等尺寸破裂概率增大;模型预测结果与实验数据表现出一致的演变趋势,且与搅拌槽中液滴累积尺寸分布吻合良好。