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文档简介
基于流型划分的模型摘要:多相流动是自然界、人类日常生活和工程技术中最常见的现象,它比单相流具有更广泛的的普遍性和实用性,但其物理特性及数学描述却要复杂得多。因此研究多相流技术也就建立了各种模型。均相流模型、分相流模型、漂移通量模型、基于流型的模型和组合模型,这些都是常见的多相流模型。本文重在介绍基于流型的模型,包括贝克(Baker)计算模型和贝格斯比尔(BeggsBrill)计算模型。关键词 Baker计算模型 BeggsBrill计算模型1 引言基于流型划分的模型是对于各类多相流中的各种流型,由实验结果建立一系列的经验、半经验公式,并绘制出流型图,供工程应用。常见的模型有贝克(Baker)计算模型和贝格斯比尔(BeggsBrill)计算模型,后文将具体介绍这两种模型。2 常见的计算模型 在多相流工艺计算中,最重要的就是计算压降和持液率两个工艺参数。下面是常见计算模型计算重要工艺参数的方法。2.1 贝克(Baker)计算模型 贝克计算模型主要用于计算水平或微小倾角气液两相管路的压降。在进行压降计算前,先要用贝克(Baker)流型图进行流型的判别。不同的流型有不同的计算公式。2.1.1 贝克(Baker)流型图判别流型1958年,贝克提出一幅通用于各种介质的水平管流型分界图。该图在提出后相当长的一段时间内获得了广泛应用。贝克法(7种流型)将流型分为:气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流、环状流和弥散流。其流型划分图如图2-1所示。图的纵坐标以/表示,横坐标以/表示。这两组变量分别正比于气相质量速度和液、气相质量速度之比值。参数和分别定义为:(2.1)(2.2)式中: g管路条件下气体对空气的相对密度;l管路条件下液体对水的相对密度;w水的表面张力,w =7310-3 N/m; 1液面的表面张力,N/m; w水的粘度,取l mPas;1液相粘度,mPas为了便于在计算机上使用,可用圆锥曲线和直线对各流型分界线进行回归,得到各流型的分界线: 1)分界曲线C1C4的方程:C1: (2.3)其中: t1 = -0.2416111x-0.3066479 S1= t 12 -1.88392(-0.03503182x+0.0009900329)(x+1)C2:(2.4)其中: t2 = 0.9651259x-2.929975 S2= t 22 +2.507024(-0.6786298x+1.371668)(x-0.3992537)C3:(2.5)其中: t3 = -0.1802189x-0.6310028 S3= t 32 -1.68626(-0.06970762x+0.3322258)(x+0.1417911) C4:(2.6)其中: t4 = 0.03879953y-0.5815664 S4= t 42 +0.1132445(-0.1796877y+0.7710848)(y-5) 2)分界直线:L1L3的方程为:L1:(2.7)L2:(2.8)L3:(2.9)3)流型判别程序流程图 (见图2-2)开始输入已知数据计算Bx,By,x,yP(x,y)在L1之下吗?P(x,y)在C1之下吗?波状流层状流P(x,y)在C4及L3之右吗?P(x,y)在L2之下吗?P(x,y)在C2之下吗?P(x,y)在C3之下吗?气泡流气团流冲击流环状流按流型计算相关参数输出流型结 束雾状流是是是是是否否否否否否是图2-2贝克流型判别程序流程图4)确定流型的参数计算公式 (2.10) (2.11) (2.11) (2.12)2.2.2 计算压降计算压降的通用公式:(2.13)式中:管道内只有气相单独流动时的压降梯度; 管道内只有气相单独流动时的压降; 气相压降折算系数;L 管道长度。式(2.13)的求解关键在于求气相压降折算系数,对于不同的流型,它们的取值各不相同:气泡流: (2.14)气团流: (2.15)分层流: (2.16)冲击流:(2.17) 环状流:(2.18) (注:当d0.25m时,取d=0.25m)式中:PL管道内只有气相单独流动时的压降,Pa; A 流通面积,m2; d 管道内径,m;GL 液相质量流量,kg/s;Gg 气相质量流量,kg/s;g 管道中气相的动力粘度,mPas;L 管道中液相的动力粘度,mPas; wsg 气相折算速度,m/s。另外,波浪流压降计算采用汉廷顿(Huntington)公式 :(2.19)(2.20)2.2 贝格斯比尔(BeggsBrill)计算模型贝格斯比尔模型可用于倾斜管路的压降和持液率计算。该模型主要用于倾斜两相流管路,但也可用于水平管。贝格斯比尔将多相流分为四种流型:分离型,过渡型,间歇型和分散型。2.2.1 持液率计算按管路所处流型,可首先确定出管路的持液率。分离流、间歇流和分散流的水平管持液率从按下式计算:(2.21)(2.22)式中:Fr为弗劳德准数,系数a、b、c的值见表2-1。表2-1系数a、b、c的值流型abc分离型0.980.48460.0868间歇型0.8450.53510.0173分散型1.0650.58240.0609倾斜管流型判别方法准则如表2-2:表2-2气液两相倾斜管路流型判别准则流型判别准则L的计算式RLFr分离型0.01L1L1=316RL0.3020.01L2过渡型0.01L2且L3L2=9.25210-4 RL-2.4684间歇型0.01且0.4L3且L1L3=0.1 RL-1.45160.4L3且L4分散型0.4L1L4=0.5 RL-6.7380.4L4过渡流的水平管持液率HL(0)按下式计算:(2.23)式中:(2.24)(2.25)其中:从HL(0)S,HL(0)L分别为分离流和间歇流的水平管持液率。倾斜管线的持液率从HL()为:(2.26)式中:(2.27) (2.28) (2.29) (2.30) Nlwf 液相折算速度准数; wsl 液相折算速度,m/s; 液相表面张力,N/m。对于90的垂直管线 ,=1+0.3C。d,e,f,g为与流态有关的系数,其值见表2-3。(为管道倾角)表2-3 系数d,e,f,g的值流态defg上坡分离流0.011-3.7683.539-1.614上坡间歇流2.960.305-0.44730.0978上坡分散流C=0 =1下坡各流态4.70-0.36920.1244-0.50562.2.2 压降计算当考虑管路起伏影响时的压降梯度计算公式为:(2.31)式中:Pdl管段内流动介质的平均绝对压力,Pa; HL截面含液率,无因次; 两相混输水力摩阻系数,无因次; l液相密度,kg/m3;g气相密度,kg/m3; w 气液混合物速度m/s; wsg气相折算速度,m/s; d 管内径,m; 管段倾角,弧度; g 重力加速度,m/s2。当截面含液率等于1或0时,即为单相液体或单相气体的压降梯度计算公式。上式即可用于倾斜管线的计算又可用于水平管路的计算。3 结语基于流型划分的常见模型有:贝克(Bake
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