哈工程两相流演示文稿

哈工程两相流演示文稿现在是1页\一共有36页\编辑于星期二2.1

研究流型的意义一.何谓两相流的流型?单相流与两相流的区别？

1.气液两相流体在流动过程中，两相之间存在分界面，这就是两相流区别于单相流的重要特征。

2.两相流中两相介质的分布状况，不同的界面分布就构成了不同的两相流流型。

现在是2页\一共有36页\编辑于星期二三.影响流型的因素1.x,P,G;2.是否受热（非绝热）；3.流动方向；4.流道结构。

1.流型影响流体的换热特性；

2.流型影响压降特性；

3.流动不稳定性与流型有关；

4.建立流动模型与流型密切相关。二.研究流型的意义现在是3页\一共有36页\编辑于星期二2.2垂直上升管中的流型泡状流一.垂直上升不加热直圆管1.泡状流(1)特征：

1)液相连续，气相不连续；2)气泡多数呈球形；3)管子中心气泡密度大，有趋中效应。(2)出现范围：主要出现在低x区，在中低压情况下，出现在；高压情况下，较大仍为泡状流，现在是4页\一共有36页\编辑于星期二2.弹状流(1)特征

1)大气泡与大液块交替出现，头部呈球形，尾部扁平，形如炮弹；

2)气弹间液块向上流动，夹有小气泡；

3)气弹与管壁间液层缓慢向下流动。(2)出现范围

1)低压、低流速,，低压时气泡长度可达1m以上；

2),不能形成大气泡，当P>10MPa时，弹状流消失；

3)出现在泡-环过渡区。弹状流现在是5页\一共有36页\编辑于星期二3.乳沫状流(搅混流）(1)特征

1)破碎的气泡形状不规则，有许多小气泡夹杂在液相中；

2)贴壁液膜发生上下交替运动，从而使得流动具有震荡性。(2)出现范围它是一种过渡流，一般出现在大口径管中，小口径的管中观察不到。乳沫状流现在是6页\一共有36页\编辑于星期二4.环状流(1)特征

1)贴壁液膜呈环形向上流动；

2)管子中部为夹带水滴的气柱；

3)液膜和气流核心之间存在波动界面。(2)出现范围

1)在P<Pcr，0<x<1下都可能出现；

2)发生在气相流速较高时。5.细束环状流当液相流速较大时，气柱中液滴量增多，使小液滴连成串，向上流动。与环状流不易区分。环状流现在是7页\一共有36页\编辑于星期二1.流型的演变

在受热管中，流型沿途发生变化，受热管中可能同时存在几种流型。2.注意两个问题

(1)流型的演变需要一定时间和距离；高q下：环状流区域较大，流型演变时间较短；高P下：P>10Mpa，弹状流消失，流型直接从泡状流向环状流转变。

(2)绝热管中不会出现雾状流。二.垂直上升加热直圆管中的流动型式

现在是8页\一共有36页\编辑于星期二三.流型图

目前广泛采用的流型图均为二元的，其坐标为流动参数或组合参数。选用右图流型图注意1.实验条件Di,流动工质是空气和水。2.该图和应用,汽水混合物在Di=121.7mm管子中得到的实验数据符合良好。现在是9页\一共有36页\编辑于星期二3.坐标参数横坐标：分液相动压头

纵坐标：分气相动压头现在是10页\一共有36页\编辑于星期二上节重要知识点两相流型的定义，与单相流的区别；研究两相流流型的意义？影响两相流流型的因素？垂直上升绝热、加热直圆管中的流型分别有哪些？每种流型的特征和出现的范围是什么？现在是11页\一共有36页\编辑于星期二2.3垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图

1.泡状流2.弹状流3.下降液膜流4.带气泡的5.块状流6.雾式环状流下降液膜流一.流型的分类现在是12页\一共有36页\编辑于星期二1.泡状流特征:

1)气泡集中在管子中心部分

2)气泡尺寸更小，更接近于球形。2.弹状流若，则气泡将聚集成气弹。特征：

1)气弹较长，尾部呈球形；

2)下降流时贴壁面液膜向下流动，故比上升流时稳定。现在是13页\一共有36页\编辑于星期二3.环状流(1)下降液膜流

当小时，有一层液膜沿管壁下流，核心部分为气相，液膜中无气泡。(2)带气泡的下降液膜流

当时，由于惯性的作用，气相将进入液膜。(3)块状流

当较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。(4)雾式环状流

当较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。现在是14页\一共有36页\编辑于星期二二.流型图1.实验条件空气和多种液体混合物,di=25.4mm,P=0.17MPa2.坐标参数

横坐标

纵坐标现在是15页\一共有36页\编辑于星期二一.水平不加热管中的流动型式

1.泡状流

气泡趋于管道上部，下部较少。其分布与流速关系很大。液相流速增大，分布趋于均匀。2.塞状流

气泡聚结长大而形成气塞，与垂直上升流中弹状流相似。大气塞后有小气泡，由泡状流过渡而来。2.4水平管中的流动型式现在是16页\一共有36页\编辑于星期二3.分层流特征：

(1)出现在都比较小的情况；

(2)两相完全分离，气相在管道上方流动；

(3)气液之间有明显的分界面。4.波状流

气相流速足够高时，由于气相的作用，在界面上产生一个扰动波，扰动波向前推进向波浪一样，形成波状流。5.弹状流

在波状流基础上，随着气相流速的增加，会使这些扰动波碰到流道的顶部表面，形成气弹。弹状流与塞状流的区别

(1)弹状流的气相流速低于塞状流的；

(2)气弹顶部无液膜；

(3)塞状流由泡状流过渡而来，弹状流由波状流过渡而来。6.环状流

受重力作用，周向液膜厚度不均匀。出现在气相流速较高、流量比较大，而液相流速较低时。当壁面粗糙时，液膜可能不连续。现在是17页\一共有36页\编辑于星期二水平不加热管中的流型图片现在是18页\一共有36页\编辑于星期二水平不加热管中的流型图片现在是19页\一共有36页\编辑于星期二二.水平加热管中的流动型式1.单相流2.泡状流3.塞状流4.弹状流5.波状流6.环状流流型演变与P、q、Wo密切相关

P：当P很高时，塞状流和弹状流消失；q：q较大，环状流所占范围扩大；

Wo：Wo高，惯性作用增强，可消除波状流，流型不对称性减小，接近竖直管中的流型。注意：从工程角度，避免水平布置；当水平布置时，需要提高入口水的流速，使Wo>>1m/s，可避免波状流。现在是20页\一共有36页\编辑于星期二流型图遵循四原则简易性原则主导性原则适用性原则发展性原则现在是21页\一共有36页\编辑于星期二2.9管内淹没和流向反转过程的流型一.气液两相逆向流动的两种极限现象

淹没（液泛）、流向反转（回流）二.淹没和流向反转现象注水器气体底桶1.气体流量由零开始增加液体现在是22页\一共有36页\编辑于星期二图2-31淹没过程的压降和流量变化淹没过程实验现象AB现在是23页\一共有36页\编辑于星期二

液体流量一定，当气体流量增加到某一点时，环状液膜表面出现较大的波浪，管段内压差突然升高，注水器上部有水带出，此点即为淹没开始点。

出现的特征之一：注水器以下管段中压差突然升高。

当继续增加气体流量，达到某一点时，气体将全部液体带出试验段，此点称为液体被全部携带点。现在是24页\一共有36页\编辑于星期二2.气体流量逐渐减少当气体流量降到某一值时，液膜开始回落到注水器以下，此点称为流向反转点。在流向反转点后继续减少气体流量至某一值时，全部液体恢复向下流动，这点称为淹没消失点。淹没消失点与淹没开始点所对应的气体流量不相等，淹没消失点所对应的气体流量比淹没开始点对应的气体流量小，这种现象称为淹没消失滞后。现在是25页\一共有36页\编辑于星期二现在是26页\一共有36页\编辑于星期二

和反映了惯性力与重力的比值，Wallis给出，发生淹没时满足以下条件：2.淹没和流向反转过程的表达式1）.发生淹没(液阻)的条件

引入两个无量纲量（2-11）式中，m和c是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可有试验来确定。一般情况下，m<1,c<1.现在是27页\一共有36页\编辑于星期二2）发生流向反转的条件3）液体被全部携带点判定条件也可用库塔杰拉兹数来表达液体全部携带点

(2-17)现在是28页\一共有36页\编辑于星期二3.研究淹没和流向反转的重要性现在是29页\一共有36页\编辑于星期二3.研究淹没和流向反转的重要性1）反应堆出现破口事故时，安注系统的投入，需要避开淹没产生的条件，保证冷却水进入堆芯，冷却燃料棒；

2）破口事故时，一回路循环工质将沿与蒸汽发生器底部相连的水平管流回反应堆，在自然循环作用下带出堆芯热量，此时会在水平管处产生气液逆向流动，可能会发生淹没现象，因此对水平管内淹没现象发生条件还需进一步的研究。现在是30页\一共有36页\编辑于星期二4.竖直管内气液两相逆向流动流型图图中，a线表示发生淹没时的界限，无解区表示液体全部被携带。多种流型共存的区域，可用下属方法进行判别：当管道出口阻力小时，流型为环状流；2.当出口阻力大时，如满足

流动为泡状流，否则为弹状流。现在是31页\一共有36页\编辑于星期二(2)低液相流速下，空泡份额

（Taitel等（1980年）)

1.泡状流-弹状流的过渡

(1)气泡的聚结机理.气泡在碰撞聚结过程引起气泡的长大，并最终使泡状流过渡到弹状流。确定过渡的关键使气泡碰撞聚结的频率。2.10流型之间的过渡(3)高液相流速下，液相紊流应力起着离散气相，阻碍气泡聚合的作用，当紊流应力作用大于气泡受到的浮力时，将引起泡状流向弹状流的转变.现在是32页\一共有36页\编辑于星期二2.水平管中分层流动的出现范围

(1)气相速度高，使分层面出现波浪，形成弹状流。消除分层流动的蒸汽界限速度如下式表示：(2)波的失稳机理.波状分层流向间歇流之间的过渡是由于气相通过波形交界面的波峰处受到加速，产生局部压力降落，使峰部同时受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效应时，波峰便会扩大，产生流型的过渡。Wallis根据实验数据给出了弹状流起始条件为：现在是33页\一共有36页\编辑于星期二3.弹状流-乳沫状流过渡(1)淹没机理上升的气流使平稳的气液界面遭到破坏，下降的液膜产生流向反转从而破坏了稳定的弹状流。这个机理最早是由Nicklin和Davidson提出的，可以采用淹没关系式表达这一过渡。

(2)液柱失稳机理(Taitel)

(3)泰勒气泡尾流影响机理（Mishima&Ishii）

现在是34页\一共有36页\编辑于星期二4.乳沫状流-环状流过渡乳沫状流向环状流的