两相临界流动-文档资料

1、1第第6 6章章 两相临界流动两相临界流动 主要内容主要内容: : 1. 1.流动临界流动现象和产生原因流动临界流动现象和产生原因 2. 2.两相临界两相临界流动的分析模型流动的分析模型2参考书目及资料参考书目及资料1. 1. 阎昌琪阎昌琪, ,气液两相流气液两相流, ,哈尔滨工程大学出版社哈尔滨工程大学出版社 2007,2007,第二版第二版; ;2. 2. 鲁钟琪鲁钟琪, ,两相流与沸腾传热两相流与沸腾传热, ,清华大学出版社清华大学出版社,2001;,2001;3. 3. 车得福车得福, ,李会雄李会雄, ,多相流及其应用多相流及其应用, ,西安交通大学出版社西安交通大学出版社,2007

2、;,2007;4. 4. GRAHAM B. WALLIS. Critical Two-phase Flow, Int. J. Multiphase Flow Vol. 6, pp. 97-112;5. E. ELIAS, G. S. LELLOUCHE. Two-phase Critical Flow, Int. J. Multiphase Flow Vol. 20, Suppl., pp. 91-168, 1994;6. MICHEL GIOT. Two-phase releases, J. Loss Prev. Process Ind., 1994, Volume 7, Number 2

3、 77-9336.1 6.1 概述概述1.1.什么是临界流动？什么是临界流动？ 41.什么是临界流动？什么是临界流动？v定义：在管内流动的可压缩流体系统中，如果上游流动条件定义：在管内流动的可压缩流体系统中，如果上游流动条件保持恒定，下游出口处压力逐渐减小，流量使随下游压力减保持恒定，下游出口处压力逐渐减小，流量使随下游压力减小而不断增加但当下游压力下降到某一特定值时，压力继小而不断增加但当下游压力下降到某一特定值时，压力继续减小，流量不再增大达到了最大流量值，这一现象称为续减小，流量不再增大达到了最大流量值，这一现象称为临界流动现象或壅塞流动现象。相应的最大流量称为临界流临界流动现象或壅塞流

4、动现象。相应的最大流量称为临界流量，相应的流体速度称为临界流速。量，相应的流体速度称为临界流速。 当两相流动是一种可压缩流体流动时，也会发生这种流当两相流动是一种可压缩流体流动时，也会发生这种流动现象，并已为实验证实。在大多数实际工况中，两相临界动现象，并已为实验证实。在大多数实际工况中，两相临界流动的临界流速比相应工况下任一相的单相临界流速低得多。流动的临界流速比相应工况下任一相的单相临界流速低得多。52.为什么会发生临界流动现象？为什么会发生临界流动现象？63.为什么研究临界流动现象？为什么研究临界流动现象？El, safety valve; E2, breach or crack at

5、a vessel wall; E3, guillotine breach of a pipe; E4. breach at a pipe wail; E5, rupture of the pipe to vessel connection73.为什么研究临界流动现象？为什么研究临界流动现象？ 临界流动现象在压水堆、沸水堆和液态金属冷却临界流动现象在压水堆、沸水堆和液态金属冷却反应堆等的安全分析反应堆等的安全分析分析方面都具有重要意义；分析方面都具有重要意义；同时同时在化石燃料电厂、汽水锅炉及铁路运输一些饱和或者在化石燃料电厂、汽水锅炉及铁路运输一些饱和或者具有一定过冷度的液体时候，都可能在事故

6、条件下发具有一定过冷度的液体时候，都可能在事故条件下发生临界流动现象；在设计紧急事故保护系统以及估计生临界流动现象；在设计紧急事故保护系统以及估计事故的危害性的时候都要知道临界流动时候的最大流事故的危害性的时候都要知道临界流动时候的最大流量。因此如何计算估计临界流量就成为及其重要一个量。因此如何计算估计临界流量就成为及其重要一个方面方面。86.2 6.2 临界流动的理论基础临界流动的理论基础 022DufgdzdPdzud2 0222DGfgdzdPdzdG先考虑最简单的一种情况，气体在一个等截面的管内一维流动，则一先考虑最简单的一种情况，气体在一个等截面的管内一维流动，则一维定常流动动量方程

7、为维定常流动动量方程为 96.2 6.2 临界流动的理论基础临界流动的理论基础 dPdGDfGg22212dzdP 122dPdzG106.2 6.2 临界流动的理论基础临界流动的理论基础 122dPdzG116.2 6.2 临界流动的理论基础临界流动的理论基础 ddPu ddPddPu22ddPGc2126.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型 对于两相临界流动的计算，必须分成两种情对于两相临界流动的计算，必须分成两种情况。因为两相临界流动发生在较长孔道和较短的况。因为两相临界流动发生在较长孔道和较短的孔中的机理并不一样。由于长孔道的长度足够长，孔中的机理并不一样。由于长孔道的长

8、度足够长，两相介质有足够的时间达到热力平衡状态，而短两相介质有足够的时间达到热力平衡状态，而短孔道则相反，很难在两相间达到平衡状态。所以，孔道则相反，很难在两相间达到平衡状态。所以，这两种情况采用的分析模型不同。这两种情况采用的分析模型不同。136.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Equilibrium ModelHomogeneous Equilibrium Model） 均匀平衡模型假设相间达到动力学、热力学平均匀平衡模型假设相间达到动力学、热力学平衡，两相速度相等，有足够的时间使相间达到热力衡，两相速度相等，有

9、足够的时间使相间达到热力学平衡而使得两相间温度相等。基于这些假设，这学平衡而使得两相间温度相等。基于这些假设，这个模型采用类似单相流体的方法处理两相流动。个模型采用类似单相流体的方法处理两相流动。 146.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Equilibrium ModelHomogeneous Equilibrium Model） glmxx)1 (slslggsmdPdxdPdxdPdxdPd1156.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Eq

10、uilibrium ModelHomogeneous Equilibrium Model） glmxx)1 (21max11SlSlgSgCdpdxdpdxdpdxGG166.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Equilibrium ModelHomogeneous Equilibrium Model） dxdxdsdPdPdsdsPx对于等熵过程对于等熵过程 0ds176.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Equilibrium ModelH

11、omogeneous Equilibrium Model） PxsdxdsdPdsdPdxxlgxdPsxxsddPds)1 (PlgPdxsxxsddxds)1 (186.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型（Homogeneous Equilibrium ModelHomogeneous Equilibrium Model） lgglsssdPdsdPdsxdPdx)1 (196.3 6.3 临界临界流动的分流动的分析模型析模型（一）均（一）均匀平衡模匀平衡模型型图图6.4 均匀平衡模型得到的临界流量图（均匀平衡模型得到的临界流量图（Mood

12、y，1975）206.3 6.3 临界临界流动的分流动的分析模型析模型（一）均（一）均匀平衡模匀平衡模型型216.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（一）均匀平衡模型（一）均匀平衡模型226.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model） Fauske Fauske（19621962）对于长管中的临界流动提）对于长管中的临界流动提出了平衡分相流动模型，出了平衡分相流动模型， 这种模型假定整个这种模型假定整个管道都处于相平衡，考虑了两相间滑移，并管道

13、都处于相平衡，考虑了两相间滑移，并把两相流作为分相流处理。把两相流作为分相流处理。236.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）02dzdPdzdGm1122lgmxx246.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）lgglllggggglgguuQQuQuQuQAAAAA11SxxSMMglggll11111lgg

14、xSxx)1 ( lglxSxxS)1 ()1 (1256.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）lglglgxSxSxxSxxxx)1 (1 )1 (1122m266.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）222222 1)1 (SxSxxxSxSxxxSggllglm22Sxxgl276.3 6.3 临界流动的

15、分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）286.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）0dzdPS0dzdSm0Sdzdm0Sm21lgS22SxxSglm296.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow mode

16、l）dPdGmc21mcddPG2SxSxSxlgm) 1(1)1 (306.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）dPSxSxSxddPdGlgmc) 1(1)1 ( 12316.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型（phases in equilibrium but separated flow model）dPdxxSSSxSSdPdxSxxSdPdxxSSdPdlggm111 1) 1(1) 1(1

17、12122222211dPdxSxSSxSxSxdPdxxSxSGlggc326.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型336.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型346.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型 None of these limiting cases is None of these limiting cases is necessarily inherently a better theory necessarily inherentl

18、y a better theory than any other and none of them provides a than any other and none of them provides a good representation of the details of the good representation of the details of the fluid behavior. However, they are useful as fluid behavior. However, they are useful as reference calculations t

19、hat can be modified reference calculations that can be modified empirically to correlate data, much as empirically to correlate data, much as i s e n t r o p i c c y c l e c a l c u l a t i o n s i n i s e n t r o p i c c y c l e c a l c u l a t i o n s i n thermodynamics form a basis for rating rea

20、l thermodynamics form a basis for rating real cesses. 356.3 6.3 临界流动的分析模型临界流动的分析模型（二）滑移平衡模型（二）滑移平衡模型 There are hundreds of figures in the There are hundreds of figures in the literature showing comparisons of this sort literature showing comparisons of this sort and it is quite easy to

21、pick out selected and it is quite easy to pick out selected figures to favor the choice of a particular figures to favor the choice of a particular theory. Perhaps it would be worthwhile to theory. Perhaps it would be worthwhile to undertake a systematic evaluation of all data undertake a systematic e