流体力学多相流自学作业

1、WORD格式专业资料整理WORD格式时，如果流体的流动速度足够大，这些固体粒子的特性与普通流体相类似，即可以认为这些固体颗粒为 拟流体 ，在适当的条件下当作流体流动来处理。在流体力学中， 尽管流体分子间有间隙， 但人们总是把流体看着是充满整个空间没有间隙的连续介质 。由于两相流动研究的不是单个颗粒的运动特性，而是大量颗粒的统计平均特性。虽然颗粒的数密度(单位混合物体积中的颗粒数) 比单位体积中流体分子数少得多，但当悬浮颗粒较多时，人们仍可设想离散分布于流体中颗粒是充满整个空间而没有间隙的流体。这就是常用的拟流体假设 。(3) 液固两相流液体和固体颗粒混合在一些共同流动称液固两相流。自然界和工业

2、中的典刑实例有夹带泥沙奔流的江河海水，动力、化工, 采矿、建筑等工业工程中广泛使用的水力输送，矿浆、纸浆、泥浆、胶桨等浆液流动等。其它像火电厂锅炉的水力除渣管道中的水渣混合物流动，污水处理与排放中的污水管道流动等。(4) 液液两相流两种互不相溶的液体混合在一起的流动称液液两相流。油田开采与地面集输、别离、排污中的油水两相流，化工过程中的乳浊液流动、物质提纯和萃取过程中大量的液液混合物流动均是液液两相流的工程实例。(5) 气液液、气液固和液液固多相流气体、液体和固休颗粒混合在一起的流动称气液固三相流。气体与两种不能均匀混合、 互不相溶的液体混合物在一起的共同流动称为气液液三相流；两种不能均匀混合

3、、互不相溶的液体与固体颗粒混合在一起的共同流动称为液液固三相流。专业资料整理WORD格式图 1两相流的X围专业资料整理WORD格式2. 两相流的研究和处理方法与普通流体动力学类似，研究两相流问题的方法可以分为理论研究 和实验研究 两方面。从理论分析方法来看，仍然存在微观 和宏观两种观点。微观分析法就是从分子运动论出发，利用Boltzman( 波尔兹曼 )方程和统计平均概念及其理论，建立两相流中各相的根本守恒方程。宏观分析法，就是以连续介质假设为根底，将两相流中各相都视为连续介质流体，根据每一相的质量、 动量和能量宏观守恒方程以及相间相互作用，建立两相流的根本方程组，再利用这些两相流根本方程组去

4、研究分析各种具体的两相流问题。在许多实际问题中，我们所关心的不是单个物质粒子的运动而是大量粒子运动所产生的总结果，也就是所谓的宏观量，如压强、密度、温度、平均流速等。从宏观观点分析两相流的方法又可以分为3 类。(1) 模型法即假定相互扩散作用是连续进展，其根本观点是：(1) 两相流混合物体中的每一点都同时被两相所占据；(2) 混合物的热力学和输运特性取决于各相的特性和浓度；(3) 各相以自己的质量速度中心移动，相间相互扩散作用反映在模型内。(2) 容积法假定过程处于平衡状态，可用平衡方程式进展描述，根本方法是：(1)认为流动是一维的；(2)对一个有限容积写出质量、动量和能量守衡方程；(3)守衡

5、方程即可按混合物写出，也可按单独相列出。(3) 平均法假定过程处于平衡状态，用平均的守衡方程进展描述，类似低通滤波的方法。上述 3 种方法的共同点就是不考虑局部的和瞬时的特性，仅考虑相界面上流体微粒集中的相互作用，即宏观动力学。专业资料整理WORD格式3. 两相与多相流的专用术语与根本持性参数专业资料整理WORD格式一般用下角标1 和2 分别表示两相流中的两种相或组分，对液气两相系统用下角l 和专业资料整理WORD格式g 区分，对流体固体两相系统用下角标f 和s 区分。通常选定组分或相2 为分散相或为分专业资料整理WORD格式层流动中的轻相。专业资料整理WORD格式3.1 质量流量、质量流速和

6、质量相含率(相分数 )专业资料整理WORD格式质量流量 是指单位时间内流过通道总流通截面积的流体质量 ，用W 表示。两相流总的专业资料整理WORD格式质量流量是各相质量流量之和，各相的质量流量分别用W1和 W2表示，所以有专业资料整理WORD格式W=W1+W2 kg/s专业资料整理WORD格式质量流速 是单位流通截面积上的质量流量，用G 表示，如流道的总流通截面积为A ，专业资料整理WORD格式各相所占的流通截面积分别为A1和 A2，那么有专业资料整理WORD格式G=W/AG1=W 1 /AG2=W 2/A专业资料整理WORD格式各相质量流量与总质量流里之比称为质量相含率 或质量相分数 。在气

7、液两相流系统中，气体的质量相含率俗称为质量含气率 或干度，用 x 表示；液体的质量相含率俗称为质量含液率。气液两相流的质量含气率与质量含液率之和是1，所以有x=G g/G=W g/W1-x= G l/G=W l /W3.2 容积流量、容积流速和容积相含率容积流量 是指单位时间流过通道总流通截面积的流体容积 ，用 Q 表示。两相流总的容积流量同样是各相容积流量Q1和 Q2之和，即Q= Q 1+Q 2=( W 1 /1+W 2/2)容积流速 是单位流通截面积上的容积流量， 又称折算速度 ，是容积流量除以通道总流通面积 A，用 J表示。J=Q/A= (Q 1+Q2)/A=J 1+J2J1= Q 1/

8、A= W 1/( 1A)J2= Q 2/A= W 2/( 2A)各相的折算速度在两相流中是十分重要并常用的一个术语和参数，它表示两相混合物中任何一相单独流过整个通道截面积时的速度，称为该相的折算速度。容积相含率 是指各相容积流量与总容积流量之比。在气液两相流系统气相的容积相含率又称为 容积含气率 ，用 表示，液相的容积相含率称为容积含液率 。专业资料整理WORD格式3.3各相真实流速各相容积流量除以流动中各相各自所占流通截面积即为各相的真实流速。用 vi表示 (i=1， 2，或 i= l ， g，为气液两相流；i=f ， s 为流体固相两相流)。vi=Q i /A i3.4真实相含率或截面相含

9、率某相的流动在任意流通截面上所占通道截面积与总的流通截面积之比称作该相的真实专业资料整理WORD格式相含率 或截面相含率。对气液两相流，气相的真实相含率又称为截面含气率、真实含气率专业资料整理WORD格式或空隙率 ，用 表示。而液相所占截面积与总流通截面积之比称为截面含液率 ，用 (1- 表专业资料整理WORD格式示。即；专业资料整理WORD格式 =A g/A1- =A l/A专业资料整理WORD格式3.5 滑动比、滑移速度、漂移速度和漂移流率专业资料整理WORD格式两相流中各相 真实速度 的比值称为 滑动比 。气液两相流的滑动比用实速度与液相真实速度之比S 表示，是气相真专业资料整理WORD

10、格式S=v g/vl专业资料整理WORD格式滑移速度 是指两相流各相真实速度的差，用vs表示专业资料整理WORD格式vs= v g-vl=Jg/ -Jl/(1- )漂移速度 是指轻相如气相速度与两相混合物平均速度vH之差，用vD表示vD= v g-v H两相混合物平均速度 指当滑动比 S=1 时两相混合物的速度。漂移流率 是指滑移速度vs的式两边乘以通分后的分母项，消去分母后的等式，用j D表示，有j D=(v g-vl) (1- )= Jg(1- )-Jl3.6 两相混合物的密度与比容两相流体的密度有两种表示法：(1)流动密度。指单位时间内流过截面的两相混合物的质量与容积之比，即 0=W/Q

11、(2)真实密度。指流动瞬间任一流动截面上两相流混合物的密度，用 m 表示，定义如下： m= g+(1-) m由截面含气率与容积含气率 及滑移比S 各自的定义可推得：专业资料整理WORD格式11S11显然当 S=1，即 vg=v l，两相间无相对速度时， = 流动密度才等于真实密度。比容是密度的倒数，因此，两相混合物的比容为：流动比容 v01；(1)gl真实比容 vm1(1)gl4. 气液两相流的流型和流型图4.1 垂直上升管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流在垂直管中上升流动时的几种常见流型。(1)细泡状流型细泡状流动是最常见的流型之一。其特征为在液相中带有散布在液体中的细小气泡。直径在

12、1mm 以下的气泡是球形的。直径在1mm 以上的气泡外形是多种多样的。专业资料整理WORD格式(2)气弹状流型专业资料整理WORD格式气弹状流型由一系列气弹组成。气弹端部呈球形而尾部是平的。在两气弹之间夹有小气泡而气弹与管壁之间存在液膜。(3) 块块流型当管内气速增大时，气弹发生分裂形成块状流型。此时大小不一的块状气体在液流中以混乱状态流动。(4) 带纤维的环状流型在这种流型中， 管壁上液膜较厚且含有小气泡。管子核心局部主要是气体，但在气流中含有由被气体从液膜带走的细小液滴形成的长条纤维。(5) 环状流型在这种流型中，管壁上有一层液膜，管子核心局部为带有自液膜卷入的细小液滴的气体。环状流型都发

13、生在较高气体流速时。在受热管道中， 当管壁温度高到足以使管壁液膜汽化时，流动构造就会开展到壁上无液膜，只有气相中还含有细小液滴的雾状流型。图 3 表示有单组分气液两相流体在垂直上升受热管中的流型和管壁热流密度的关系。在图中， 温度低于饱和温度的液体以固定流量进入各受热管。各受热管的热流密度依次自左向右逐渐增加。 由图 3 可见，随着热流密度的增大，各管中的沸腾点逐渐移向管子进口，各管中的流型也逐渐由单相液体、细泡状流型、气弹状流型、块状流型、环状流型、雾状流型一直开展到干饱和蒸汽和过热蒸汽流动。在气液两相流中，在两相流量、流体的物性值 (密度、粘度、外表X力等 )、管道的几何形状，管道尺寸以及

14、热流密度确定的条件下，要判断管内气液两相流的流型可应用流型图。流型图主要是根据试验资料总结而成的， 因而应用流型图时不应超出获得该流型图的试验X围。专业资料整理WORD格式在判断垂直上升的流型图中，图4 所示的流型图得到较为广泛的应用。此图适用专业资料整理WORD格式于空气水和汽水两相流，是在管子内径为31.2mm 的管子中用压力为0. 14-0.54 MPa的专业资料整理WORD格式空气水混合物为工质得出的，此图和应用压力为3. 45 -6. 9 MPa 的汽水混合物在管径为专业资料整理WORD格式12.7mm 管子中得出的试验数据相符良好，所以也可适用于上述参数的汽水混合物。图中横坐标为脚

15、 LJ2L 纵坐标为 GJ2G 可分别按以下两式计算：2G 2 1 x 2L J LLG JG2G 2 x2G专业资料整理WORD格式4.2 垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图在垂直管中气液两相一起往下流动时的流型示于图5。专业资料整理WORD格式这些流型是由空气水混合物的试验结果得出的。在气液两相做下降流动时的细泡状流专业资料整理WORD格式型和上升流动时的细泡状流型不同。前者的细泡集中在管子核心局部，而后者那么散布在整个管子截面上。 如液相流量不变而使气相流量增大，那么细泡将聚集成气弹。下降流动时的气弹状流型比上升流动时稳定。下降流动时的环状流动有几种流型，在气相及液相流量小时，有一层

16、液膜沿管壁下流，核心局部为气相，这称为下降液膜流型。当液相流量增大，气相将进人液膜， 这称为带 气泡的下降液膜流型，当气液两相流量都增大时会出现块状流型。在气相流量较高时能开展为核心局部为雾状流动 ，壁面有液膜的雾式环状流型。图 6 示出的是作下降流动的气液两相流流型图。该图是以空气和多种液体混合物作试验得出的，试验管径为25. 4 mm，试验压力为0.17 MPa。J GJW2图 6 选用Fr /Y 作横坐标，用1作纵坐标。，FrgD专业资料整理WORD格式Y 为液相物性系数，Y134LLWWW专业资料整理WORD格式L液相动力粘度 Pa· s；W 20， 0. 1MPa 时水的动

17、力粘度Pa· s；33L液相密度 kg/m ；W 20， 0. 1MPa 时水的密度 kg/m；专业资料整理WORD格式液相外表X力N/m ；W 20，0. 1MPa时水的外表X力N/m专业资料整理WORD格式4.3 水平管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状流型、专业资料整理WORD格式分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。图7 中有这6 种流型的示意图。专业资料整理WORD格式

18、在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部 。当气体流量增加时，小气泡合并成气塞形成气塞状 流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时甲此时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较高时，两相分界面上出现流动波，形成 波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型 ，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很高而液相流量较低时就出现环状流型 。水平管中的气液两相流流型也可按相应的流型图确定。在现有的各种水平管流型图中，Baker 流型图建立最早且得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。图8 所示为坐标经过改进后的Baker 流型图。专业资料整理WORD格式4.3 水平管

19、中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状流型、专业资料整理WORD格式分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。图7 中有这6 种流型的示意图。专业资料整理WORD格式在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部 。当气体流量增加时，小气泡合并成气塞形成气塞状 流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时甲此时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较高时，两相分界面上出现流动

20、波，形成 波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型 ，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很高而液相流量较低时就出现环状流型 。水平管中的气液两相流流型也可按相应的流型图确定。在现有的各种水平管流型图中，Baker 流型图建立最早且得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。图8 所示为坐标经过改进后的Baker 流型图。专业资料整理WORD格式4.3 水平管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状

21、流型、专业资料整理WORD格式分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。图7 中有这6 种流型的示意图。专业资料整理WORD格式在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部 。当气体流量增加时，小气泡合并成气塞形成气塞状 流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时甲此时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较高时，两相分界面上出现流动波，形成 波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型 ，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很高而液相流量较低时就出现环状流型 。水平管中的气液两相流流型也可按相应的流型图确定。在现有的各种水平管流型图中，Baker 流型图建立最早且

22、得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。图8 所示为坐标经过改进后的Baker 流型图。专业资料整理WORD格式4.3 水平管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状流型、专业资料整理WORD格式分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。图7 中有这6 种流型的示意图。专业资料整理WORD格式在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部 。当气体流量增加时，小气泡合并成气塞形成气塞状

23、流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时甲此时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较高时，两相分界面上出现流动波，形成 波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型 ，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很高而液相流量较低时就出现环状流型 。水平管中的气液两相流流型也可按相应的流型图确定。在现有的各种水平管流型图中，Baker 流型图建立最早且得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。图8 所示为坐标经过改进后的Baker 流型图。专业资料整理WORD格式4.3 水平管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影

24、响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状流型、专业资料整理WORD格式分层流型、波状分层流型、气弹状流型及环状流型。图7 中有这6 种流型的示意图。专业资料整理WORD格式在细泡状流型中，由于重力的影响，细泡大都位于管子上部 。当气体流量增加时，小气泡合并成气塞形成气塞状 流型。分层流型发生于气液两相的流量均小时甲此时，气液两相分开流动，两相之间存在一平滑的分界面。当气相流量较高时，两相分界面上出现流动波，形成 波状分层流型。气相流量再增大会形成气弹状流型 ，但此时气弹偏向管子上部。当气相流量很高而液相流量较低时就出现环状流型 。水平管中的气液两相流流型也可按相应的流型图确定。在现有的各种水平管流型图中，Baker 流型图建立最早且得到广泛应用，特别在石油工业和冷凝工程设计中。图8 所示为坐标经过改进后的Baker 流型图。专业资料整理WORD格式4.3 水平管中的气液两相流流型及其流型图气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管中的多。这主要是由于重力的影响使气液两相有分开流动的倾向造成的。专业资料整理WORD格式气液两相流体在水平管中流动时流型大致可分为6 种，即：细泡状流型、气塞状流型、专业资料整