气液两相流-ppt课件.ppt

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1、气液两相流气液两相流气液两相流 主主 讲：讲： 谷谷 海海 峰峰 Email Email ： 202010.0310.03课程简介课程简介n学时：学时：40 学时学时n学分：学分：2.5n性质：专业基础课性质：专业基础课反应堆热工水力、核动力设备反应堆热工水力、核动力设备流体力学流体力学传热学传热学工程热力学工程热力学两相流动两相流动与传热与传热考核方式：n 闭卷答题闭卷答题+平时成绩平时成绩平时成绩平时成绩出勤率出勤率作业作业知识问答知识问答参考教材：参考教材：两相流与沸腾传热两相流与沸腾传热，徐济鋆编，原子能，徐济鋆编，原子能出版社。出版社。 两相流与传热两相流与传热D.巴特沃思等编，陈学

2、俊，巴特沃思等编，陈学俊，陈听宽，曹柏林译，原子能出版社。陈听宽，曹柏林译，原子能出版社。 两相流与沸腾传热两相流与沸腾传热，鲁钟琪编，清华大，鲁钟琪编，清华大学出版社。学出版社。课程目录第一章第一章 两相流基本参数及其计算方法（两相流基本参数及其计算方法（4 4学时）学时）第二章第二章 两相流的流型和流型图（两相流的流型和流型图（6 6学时）学时）第三章第三章 两相流的基本方程（两相流的基本方程（4 4学时）学时）第四章第四章 截面含气率的计算（截面含气率的计算（8 8学时）学时）第五章第五章 直管的两相流压降计算（直管的两相流压降计算（1010学时）学时）第六章第六章 两相流局部压降计算（

3、两相流局部压降计算（2 2学时）学时）第七章第七章 两相临界流动（两相临界流动（4 4学时）学时）第八章第八章 两相流流动不稳定性（两相流流动不稳定性（2 2学时）学时）n1.1 基本概念基本概念n1.2 气相介质含量气相介质含量n1.3 两相流的流量和流速两相流的流量和流速n1.4 两相介质密度及比容两相介质密度及比容第一章第一章 两相流基本参数及其两相流基本参数及其 计算计算方法方法1.1 基本概念基本概念1.1.物态：在某一条件下，物质存在的一种状态。物态：在某一条件下，物质存在的一种状态。常见的物态是常见的物态是气态、液态和固态气态、液态和固态。有时物态。有时物态也称之为也称之为相相，

4、常见的物质三态也称为：，常见的物质三态也称为：气相、气相、液相、固相。液相、固相。 判断：下列体系哪些是单相的？哪些是判断：下列体系哪些是单相的？哪些是两相的？两相的？ 1 1、水和水蒸汽、水和水蒸汽 4 4、有沙粒的小、有沙粒的小溪溪 2 2、盐水溶液、盐水溶液 5 5、油水混合物、油水混合物 3 3、氢气和氮气、氢气和氮气 6 6、水和冰、水和冰1.1 基本概念基本概念2.2.相：相：通常指通常指某一系统某一系统中具有中具有相同成份相同成份且且物理、物理、化学性质化学性质完全完全均匀均匀部分，各相之间有部分，各相之间有明显明显的界面的界面。3.3.辨别辨别单单相体系与相体系与两两相体系相体

5、系 是否系统内各部分的性质均匀是否系统内各部分的性质均匀 是否存在明显的相间界面是否存在明显的相间界面4.4.两相流：任意两相流：任意两个相组合两个相组合在一起、且在一起、且具有具有相间界面相间界面的流动体系。的流动体系。 1.1.1 两相流的分类两相流的分类（1 1）按化学成份分为）按化学成份分为 单组分两相流单组分两相流：同一种化学成分的物质的两种相：同一种化学成分的物质的两种相态混合在一起的流动，如水态混合在一起的流动，如水- -水蒸汽、钠水蒸汽、钠- -钠蒸汽及冰钠蒸汽及冰水混合物等。水混合物等。 双组分两相流：双组分两相流：不同化学成分的两种物质处于同不同化学成分的两种物质处于同一个

6、系统内的流动，如空气一个系统内的流动，如空气- -水，油水，油- -水，烟水，烟- -气等。气等。（2 2）按流道是否存在热交换可分为）按流道是否存在热交换可分为 绝热两相流绝热两相流无相变，无相间质量交换。如汽水无相变，无相间质量交换。如汽水分离。分离。 加热两相流加热两相流有相变，有相间质量交换。如沸有相变，有相间质量交换。如沸腾，冷凝。腾，冷凝。 1.1.1 两相流的分类两相流的分类（3 3）按两相物质所处的物态可分为）按两相物质所处的物态可分为 气液两相流气液两相流：水和水蒸汽，水和空气：水和水蒸汽，水和空气 气固两相流：气固两相流：风沙，烟气风沙，烟气 液固两相流：液固两相流：血液流

7、动血液流动 液液两相流：液液两相流：两种不相溶的液体，油水混合物两种不相溶的液体，油水混合物1.2.1 1.2.1 定义定义 气相介质含量表示气相介质含量表示两相流中气相所占的份额两相流中气相所占的份额。1.2.2 1.2.2 几种表示方式几种表示方式 1.1.质量含气率质量含气率x x 单位时间单位时间内，流过通道内，流过通道某一截面某一截面的两相流体的两相流体总质量总质量M中中气气相所占的相所占的比例份额比例份额。式中，式中， 、 分别表示分别表示气气相和相和液液相的相的质量流量质量流量，kg/skg/s。那么，那么，质量含液率质量含液率( (湿度湿度) )可以表示为可以表示为1.2 气相

8、介质含量气相介质含量MMxMMMM M 1MMxMMM 又称为又称为热平衡热平衡含汽率，它是由含汽率，它是由热平衡方程定义热平衡方程定义的的含汽率。在有含汽率。在有热量输入热量输入的两相流系统中，可以根据输的两相流系统中，可以根据输入的热量得到汽相的含量。入的热量得到汽相的含量。 （1 1）热力学平衡（）热力学平衡（thermodynamic equilibrium) thermodynamic equilibrium) 系统内即无压力梯度和温度梯度，且该系统内所系统内即无压力梯度和温度梯度，且该系统内所有共存相内也无化学势梯度时的状态。满足力学平衡、有共存相内也无化学势梯度时的状态。满足力学

9、平衡、热平衡和化学平衡。热平衡和化学平衡。 （2 2）热平衡方程）热平衡方程式中，式中，i i是流道某是流道某截面截面上上两相两相流体的流体的焓值焓值，那么，那么 riixs2.2.热力学含汽率热力学含汽率x x （干度）（干度）rxiis汽化潜热汽化潜热饱和水焓饱和水焓（3 3）讨论）讨论 当当 ，两相流动处于欠饱和态，两相流动处于欠饱和态，过冷（欠热）沸腾或单相；过冷（欠热）沸腾或单相； 当当 ，两相流动处于饱和，两相流动处于饱和沸腾，这时沸腾，这时热平衡含汽率等于质量含汽率热平衡含汽率等于质量含汽率； 当当 ，过热蒸汽，单相汽体。，过热蒸汽，单相汽体。ssttxii, 0,sssttxi

10、ii , 10 ,ssttxii , 1, 指指单位时间单位时间内流过内流过某一截面某一截面的的两相总容积两相总容积中，中，气气相相所占的所占的比例份额比例份额。式中，式中， ， 分别表示分别表示气气相和相和液液相介质的相介质的容积流量容积流量，m3/s。那么，。那么，容积含液率（容积含液率（1-） 由定义，可以推出由定义，可以推出质量含气质量含气率率x与与的关系的关系3.3.容积含气率容积含气率 xxx1VVVVV1VVVVVV V4.4.截面含气率截面含气率 又称为又称为空泡份额空泡份额。指两相流。指两相流某一截面某一截面上，上，气相气相所占截面与总流道截面之比所占截面与总流道截面之比。

11、式中，式中， ， 分别表示分别表示气气相和相和液液相所占的流道相所占的流道截面积截面积，m2。同理，。同理，截面含液率（截面含液率（1-)1-) 1AAAAAAAAA是容积流量比，表示是容积流量比，表示流过流过通道的气相容积份额；通道的气相容积份额；是体积比，表示是体积比，表示存在于存在于通道中的气相容积份额。通道中的气相容积份额。的区别和) 1 (的关系和x,)2(111MMMxxWWxxAAAa 111（1-121-12）（1-131-13）显然，对于单组分的两相流，显然，对于单组分的两相流， 在两相流动系统中，两相之间会因在两相流动系统中，两相之间会因物性不同物性不同( (如密如密度度)

12、 )存在存在不同程度的滑动不同程度的滑动。引入。引入滑速比滑速比S S的概念，则的概念，则两相两相之间滑动的大小之间滑动的大小可以表示为可以表示为WSW,1,WW S,1,WW S,crPP,1,WW S1.3 两相流的流量和流速两相流的流量和流速1.3.1 几种表达式形式几种表达式形式 1. 1.质量流量和质量流速质量流量和质量流速 总质量流量总质量流量M M：单位时间单位时间内流过内流过任一横截面任一横截面的的气液气液混合物的混合物的总质量总质量,kg/s.,kg/s. 总质量流速总质量流速G G：又称为：又称为质量流密度质量流密度，指流道，指流道单位截单位截面面通过的通过的质量流量质量流

13、量,kg/m,kg/m2 2.s.s.每一相的质量流速与总质量流速的关系每一相的质量流速与总质量流速的关系MMM(1)MMGGGx GxGAAMGA2.2.容积流量、相速度和折算速度容积流量、相速度和折算速度 总容积流量总容积流量：单位时间单位时间内，流过通道内，流过通道任一流通任一流通截面截面的的气液混合物气液混合物的的总的容积总的容积，m m3 3/s/s。 液相容积流量液相容积流量， m m3 3/s /s ： 气相容积流量气相容积流量, , m m3 3/s /s ：MMVVVMV MV MV MV 液相真实平均速度液相真实平均速度，m/sm/s： 气相真实平均速度气相真实平均速度,

14、, m/sm/s：VMGWAA 1VMGWAA 2.2.容积流量、相速度和折算速度容积流量、相速度和折算速度 MW A MW A 液相：液相：气相：气相： 折算速度折算速度：又称：又称容积流密度容积流密度，又称为，又称为表观质量表观质量流速流速（superficial flow fluxsuperficial flow flux）, , 定义为定义为单位流道单位流道截面截面上的上的两相流容积流量，两相流容积流量，m/sm/s。它也表示。它也表示两相流的平两相流的平均速度。均速度。 式中，式中，J Jg g为气相折算速度为气相折算速度，表示两相介质中，表示两相介质中气相单独流气相单独流过同一通道

15、时的速度过同一通道时的速度,m/s,m/s. . J Jf f为液相折算速度为液相折算速度，表示两相介质中，表示两相介质中液相单独流液相单独流过同一通道时的速度过同一通道时的速度, ,m/sm/s. .gfVVVJJJAAAgVVJWAA1fJWgJW 11fVVJWAA讨论讨论当气液两相无相对运动时当气液两相无相对运动时当气液两相存在相对运动，且当气液两相存在相对运动，且 ，则，则当气液两相存在相对运动，且当气液两相存在相对运动，且 ，则，则WJWWWS , 1WW WJW WWWJWgmWWJ11fmfgAJWJWJJJJJAfmWWJgmgAJWJJJA3.3.漂移速度和漂移通量漂移速度

16、和漂移通量 漂移速度漂移速度：各相真实各相真实速度与两相混合速度与两相混合平均速度平均速度J的的差值差值。 气气相漂移速度：相漂移速度： 液液相漂移速度：相漂移速度：漂移通量漂移通量：各相相对于两相混合平均速度各相相对于两相混合平均速度J运动的运动的截面截面所流过的所流过的体积通量体积通量。 气气相漂移通量：相漂移通量： 液液相漂移通量：相漂移通量： gmfmJJ 循环速度循环速度：与两相混合物：与两相混合物总质量流量总质量流量M M相等的相等的液相液相介质流过介质流过同一同一截面的通道时的速度。截面的通道时的速度。 循环倍率循环倍率：单位时间单位时间内，流过通道内，流过通道某一截面某一截面的

17、的两两相介质总质量相介质总质量与其中与其中气相质量气相质量之比，也就是之比，也就是质量含气率质量含气率的倒数的倒数。 4 4. .循环速度和循环倍率循环速度和循环倍率 ogfMWJJA(1)fgogJJJWJ gojWxMMK1自然循环锅炉原理自然循环锅炉原理对于沸腾通道，循环速度在对于沸腾通道，循环速度在数值上数值上等于上升管入口处水等于上升管入口处水的速度的速度 。循环倍率循环倍率是指循环水流量与是指循环水流量与蒸汽产量的比值蒸汽产量的比值。表示上升表示上升管中实际产生一公斤蒸汽需管中实际产生一公斤蒸汽需要的循环水流量几公斤要的循环水流量几公斤n对于自然循环蒸对于自然循环蒸汽发生器，循环汽

18、发生器，循环流速是指上升空流速是指上升空间通道入口处饱间通道入口处饱合水的流速。合水的流速。n循环倍率是指循循环倍率是指循环水流量与蒸汽环水流量与蒸汽产量的比值。产量的比值。立式自然循环蒸汽发生器立式自然循环蒸汽发生器 对于蒸汽发生器而言，其循环倍率是表征其二次侧流动状对于蒸汽发生器而言，其循环倍率是表征其二次侧流动状态的重要参数，它对于传热管的腐蚀、流动稳定、传热特性及态的重要参数，它对于传热管的腐蚀、流动稳定、传热特性及分离器工作等都有重要影响。一般认为在设计状态时应大于分离器工作等都有重要影响。一般认为在设计状态时应大于44.544.5，其主要考虑的因素如下：，其主要考虑的因素如下：1.

19、1.传热要求：传热要求：为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺液或干涸。一般要求管束进出口处的蒸汽含量不超过液或干涸。一般要求管束进出口处的蒸汽含量不超过20%25%20%25%，相当于循环倍率大于相当于循环倍率大于4 4。2.2.流动稳定性：循环倍率低可能导致流动的不稳定，使流动产流动稳定性：循环倍率低可能导致流动的不稳定，使流动产生振荡，这种流动振荡现象使传热效率下降，当流动振荡的幅度生振荡，这种流动振荡现象使传热效率下降，当流动振荡的幅度足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。 3.3.管材

20、腐蚀：在局部滞流或低流速区，往往导致污垢沉积或浓管材腐蚀：在局部滞流或低流速区，往往导致污垢沉积或浓缩。从防止腐蚀与流动的要求出发，应适当提高循环流速，以便缩。从防止腐蚀与流动的要求出发，应适当提高循环流速，以便在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速。在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速。 5.5.滑移速度和滑速比滑移速度和滑速比 由于气体和液体的流速不同，在两相之间存在滑由于气体和液体的流速不同，在两相之间存在滑动速度动速度( (滑移速度）滑移速度） 气体的速度与液体的速度之比称为滑速比气体的速度与液体的速度之比称为滑速比S SWWWxd aaxxWWS11aSWW , 1,aSWW , 1,

21、竖直上升流：竖直上升流：竖直下降流：竖直下降流：1.4 两相介质密度及比容两相介质密度及比容 1.1.两相介质密度表示方法两相介质密度表示方法 1 1）两相介质的）两相介质的流动密度流动密度 单位时间内流过流道某一截面的两相介质质量和单位时间内流过流道某一截面的两相介质质量和体积之比。体积之比。 2 2）两相介质的）两相介质的真实密度真实密度 即单位体积内两相介质的质量，反映了存在于流即单位体积内两相介质的质量，反映了存在于流道中的两相介质的实际密度。道中的两相介质的实际密度。1mMV 1o mo 和和 的关系：的关系：ommo1).1).当当S=1S=1时时, , , 所以所以，均质流动；，

22、均质流动；1S mo2). 当当时，时， ,moS1: ,则则 ,moS1: 则则 单位时间内流过流道某一截面的两相介质体积和单位时间内流过流道某一截面的两相介质体积和质量之比质量之比 1) 1) 截面平均比容截面平均比容v vA A 2) 2) 动量平均比容动量平均比容v vM M11mmVvxvx vM11Ax v Sxvvxx S2. 2. 两相介质的比容两相介质的比容111Mxvxvx SS0.522111Exvvx vx SS 3 3）动能平均比容动能平均比容v vE EmEMAmo对比上面四种比容表达式对比上面四种比容表达式, ,当当S=1S=1时，则有时，则有，。 , , ; ,

23、;, ;,;, ,;gfommxk j jj w GM M M V V V ;,; ;,;,;oAMEgmfmgmfmw w swwjj ，两相流特性参数的分类两相流特性参数的分类 (1) (1) 流动参数：流动参数： 可根据物质平衡或热平衡关系计算得到的可根据物质平衡或热平衡关系计算得到的参数参数 (2) (2) 真实流动特性参数：真实流动特性参数： 代表流体流动时真实流动特性的参数，代表流体流动时真实流动特性的参数，这类参数与两相流体的相对运动有关，有这类参数与两相流体的相对运动有关，有本章小结本章小结1. 1. 何谓两相流？何谓两相流？ 两相流的分类？两相流的分类？2. 2. 有关含气率

24、、速度、密度、比容定义及计算式。有关含气率、速度、密度、比容定义及计算式。3. 3. 两相流特性参数的分类两相流特性参数的分类4. 4. 何谓热平衡？何谓热平衡？5. 5. 滑速比与各参数的关系滑速比与各参数的关系作业：作业：1-41-4WW 01xdW S 且 不考虑两相间的相对滑移时不考虑两相间的相对滑移时WJW mo考虑两相间的相对滑移时考虑两相间的相对滑移时WW01xdWS 且 WJWmomEMA第五章第五章 直管的两相流压降计算直管的两相流压降计算 12PP序序n 两相流流动压降计算的重要性两相流流动压降计算的重要性n 两相流流动压降计算的局限性两相流流动压降计算的局限性n本章主要内

25、容本章主要内容 1. 两相流摩擦压降的计算模型；两相流摩擦压降的计算模型； 2. 影响两相流摩擦压降的主要因素；影响两相流摩擦压降的主要因素； 3. 重位压降和加速压降的计算；重位压降和加速压降的计算； 4. 环状流动的压降计算。环状流动的压降计算。两相摩擦压降两相摩擦压降单相摩擦压降单相摩擦压降折算因子折算因子计算模型计算模型均相流模型均相流模型分相流模型分相流模型方法、方法、经验公式经验公式重点重点 难点难点全液相摩擦压降梯度lofdzdP全气相摩擦压降梯度gofdzdP分液相摩擦压降梯度lfdzdP分气相摩擦压降梯度gfdzdP全气相折算系数2go分液相折算系数2l分气相折算系数2g两相

26、摩擦压降梯度dzdPf分气相摩擦压降梯度dzdPfg液相部分摩擦压降梯度dzdPfl马蒂内里参数2X全液相折算系数2lo5.2 5.2 均相流模型的摩擦压降计算均相流模型的摩擦压降计算 一一. .均相流模型计算法均相流模型计算法DPh两相摩擦压力梯度两相摩擦压力梯度对于圆管，控制体周界长度对于圆管，控制体周界长度(m)： 通流面积通流面积(m2)：流体与壁面的摩擦剪应力流体与壁面的摩擦剪应力(N/m2)：APdzdphf042DA22jfmomfGDdzdP22f4全液相摩擦压力梯度全液相摩擦压力梯度 与两相流总质量流量相同的液体流过通道时的压力与两相流总质量流量相同的液体流过通道时的压力梯度

27、梯度 2222flololodpGWdzDD全液相摩擦压降全液相摩擦压降梯度梯度单相水的摩阻系数一般按布拉修斯（单相水的摩阻系数一般按布拉修斯（BlasiusBlasius）公式计算公式计算0.250.250.3164Re0.3164lofGD全液相折算系数的求解全液相折算系数的求解全液相折算系数全液相折算系数2lo211floflolodpdzxdpdz（1 1）令）令lo211lox 0.250.250.3164Re0.3164GD x, 1两相平均粘度两相平均粘度满足以下边界条件满足以下边界条件 x, 0（2 2）平均粘度法）平均粘度法把两相流体看作一种特殊的单相流体，把两相流体看作一种

28、特殊的单相流体，采用平均粘度来计算两相流体的等效摩阻系数采用平均粘度来计算两相流体的等效摩阻系数麦克达姆麦克达姆（MecadamMecadam）计算式计算式，应用最广，应用最广 25. 021111 xxlo11xx西克奇蒂西克奇蒂（ChcchittiChcchitti）计算式计算式 德克勒德克勒（DuklerDukler）计算式计算式 1xx11mmxx 代入（代入（5-8）式）式班可夫班可夫（BankoffBankoff）计算式计算式 1计算计算 的步骤总结的步骤总结 1. 1.求求 (1) (1) (2) (2) 2. 2.求求 3. 3.求求lofdzdP25.03164.0GDlo2

29、2GDdzdPlolofloflofdzdPdzdP2dzdPf2lodzdPf1421111loxx1.1.绝热、长度绝热、长度L L的圆管内，的圆管内，两相流动摩擦压降两相流动摩擦压降2.2.非绝热非绝热 均匀加热均匀加热 正弦加热正弦加热fPlofloloflofPLdzdPP22221xxxLoxdzLx1计算管长为计算管长为L L的一段圆管内的摩擦压降的一段圆管内的摩擦压降例题：设油气混合物在一内径为例题：设油气混合物在一内径为40mm的水平直管内流动，试按均相流的水平直管内流动，试按均相流模型计算两相摩擦压降梯度。模型计算两相摩擦压降梯度。已知油气混合物的参数为：已知油气混合物的参

30、数为：./1018;/1034. 4 ;/2 . 1;/850 ;275. 0 ;./40002622332mNsmNsmkgmkgxsmkgG 041. 0Re3164. 025. 0flo解解：（：（1）全液相摩擦压降梯度）全液相摩擦压降梯度全液相摩阻系数：全液相摩阻系数：（2）全液相折算系数）全液相折算系数517.38111125. 02 xxlo（3）油气两相摩擦压降梯度）油气两相摩擦压降梯度m kpadzdpdzdplolo/ 20947.5426*517.382225426.47 /22lololodpGGpa mdzDD例：已知一均匀受热的试验段长为例：已知一均匀受热的试验段长为

31、3.66m，管子内径为，管子内径为0.16mm，进口水温为进口水温为204oC,压力为压力为6.89MPa,试验段直立布置，管子进口水试验段直立布置，管子进口水流量为流量为0.108kg/s，加热功率为，加热功率为100KW，试用均相模型计算试验，试用均相模型计算试验段内的摩擦阻力压降。段内的摩擦阻力压降。已知：压力为已知：压力为6.89MPa下下 饱和水焓为饱和水焓为1.26MJ/kg, 入口水焓值为入口水焓值为0.872MJ/kg. 入口水比容为入口水比容为1.16510-3m3/kg, 饱和水的比容为饱和水的比容为1.3510-3m3/kg， 蒸汽比容为蒸汽比容为2.7810-2m3/k

32、g. 入口水的动力粘度为入口水的动力粘度为1.3510-4N.s/m2, 饱和水的动力粘度为饱和水的动力粘度为0.97210-4N.s/m2, 蒸汽动力粘度为蒸汽动力粘度为0.1910-4N.s/m2。解：由于入口水的焓值低于饱和水的焓值，因此入口为欠饱和水。则试验段内的摩解：由于入口水的焓值低于饱和水的焓值，因此入口为欠饱和水。则试验段内的摩擦阻力压降应由单相水的摩擦阻力压降和气液两相摩擦阻力压降两部分组成。擦阻力压降应由单相水的摩擦阻力压降和气液两相摩擦阻力压降两部分组成。1.单相水的摩擦阻力压降单相水的摩擦阻力压降（1）根据热平衡方程，定出预热段长度，即单相水段的长度）根据热平衡方程，定

33、出预热段长度，即单相水段的长度MJ/kgMQiiMiiMQio 0.925 mLiiiliiiLlisfisf 54. 1 由于沿管长均匀加热，因此由于沿管长均匀加热，因此fl（2）单相水摩擦阻力系数）单相水摩擦阻力系数0185. 07 . 3lg412kD（3）单相水摩擦阻力压降）单相水摩擦阻力压降kPapkgmGlDpfsifff 06. 3/ 10257. 1223322. 汽水混合物管段的摩擦阻力压降汽水混合物管段的摩擦阻力压降（1）全液相摩擦压降梯度）全液相摩擦压降梯度2230.0176 13351.35 104.38 /20.010162 loslodpGpa mdzD88. 3

34、176. 021111225. 02 loessloxxxx（2）全液相折算系数）全液相折算系数（3）气液两相摩擦阻力压降）气液两相摩擦阻力压降mpalLdzdppflolof/ 1738. 488. 3223. 按均相流模型法计算得到的试验段内摩擦阻力压降按均相流模型法计算得到的试验段内摩擦阻力压降kPapppff 14.2014. 3172 同样，也可以以气相摩擦压降计算为基础，计同样，也可以以气相摩擦压降计算为基础，计算两相摩擦压力梯度。算两相摩擦压力梯度。全气相折算系数可定义为全气相折算系数可定义为goffgodzdpdzdp222 12fgogogogodpGxdzD0.250.25

35、0.3164Re0.3164gogGD0.25211goxx全气相摩擦压降全气相摩擦压降梯度梯度二二. .前苏联锅炉水动力计算标准方法前苏联锅炉水动力计算标准方法21.()2lofloG PLD2222()2ffloflololololodPPPLdzG LD K-K-绝对粗糙度；碳钢、珠光体钢绝对粗糙度；碳钢、珠光体钢K=0.08mm;K=0.08mm;不锈钢不锈钢K=0.01mmK=0.01mm。)/3 .0(7 .3lg412smW kD olo22.lo 的计算式19501950年年211, ,lo x f x P G 修正系数，211lo x 水平管：偏差水平管：偏差20%20%，垂

36、直管：偏差较大，垂直管：偏差较大用于计算气液两相流用于计算气液两相流19781978年年19611961年年211lo x221xxx221 121xxxx(2)(2)均匀加热均匀加热 1)1)入口饱和水，出口入口饱和水，出口x xe e1;1; 2)2)入口入口x x1 1，出口，出口x x2 2。2exx 查图查图5-1(a)5-1(a) 绝热流动绝热流动 x=const, x=const, 查图查图5-1(b)5-1(b) 3) 3) 的查图确定法的查图确定法查图的已知条件查图的已知条件: : x,P,Gx,P,G. .计算：计算：判别判别: : 当当P17.64MPaP17.64MPa

37、P17.64MPa时，按右行路线在图右边中间时，按右行路线在图右边中间下边横坐标上查下边横坐标上查 值值. .)./(.1098. 022smMPa kgGPWP MPaP64.17098. 0180图图5-1(a) 5-1(a) 加热管加热管ex图图5-1(b) 5-1(b) 不加热管不加热管x四四. .我国电站锅炉水动力计算方法我国电站锅炉水动力计算方法LxGDP 112227 . 3lg41kDlo 112xlo摩擦压降修正系数，摩擦压降修正系数，GPxf,摩阻系数修正系数摩阻系数修正系数 按以下进行计算按以下进行计算 smkgG2/10001smkgG2/1000 111100011x

38、GxxsmkgG2/1000 1111100011xGxxMPaP12221xxxxxxe或 当当 时：时： (2)(2)当当 时时： (3)(3)当当 时：时：使用条件使用条件：1)1)非绝热非绝热：2)2)绝热两相流：绝热两相流：x=const5.3 5.3 分相流模型的摩擦压降计算分相流模型的摩擦压降计算洛克哈特马蒂内里洛克哈特马蒂内里(L-M)(L-M)关系式关系式 1.L-M 1.L-M法的基本假设法的基本假设 (1)(1)两相之间无相互作用，气相压降等于液相压降，且沿两相之间无相互作用，气相压降等于液相压降，且沿管子径向不存在静压差；管子径向不存在静压差； (2)(2)液相所占管道

39、体积与气相所占管道体积之和等于管道液相所占管道体积与气相所占管道体积之和等于管道的总体积。的总体积。 根据以上假设，各相的压降梯度彼此相等，且等于两相根据以上假设，各相的压降梯度彼此相等，且等于两相流摩擦压降梯度。流摩擦压降梯度。 液相部分压降梯度液相部分压降梯度气相部分压降梯度气相部分压降梯度dzdpdzdpdzdpfgflf2222122 1flloflofeedpGxWdzDD液相部分的压降梯度可表示为液相部分的压降梯度可表示为式中：式中： 表示液相所占截面的当量直径，表示液相所占截面的当量直径，m m； 表示液相部分摩阻系数。表示液相部分摩阻系数。气相部分的压降梯度可表示为气相部分的压

40、降梯度可表示为 式中：式中： 表示气相所占截面的当量直径，表示气相所占截面的当量直径，m m； 表示气相部分摩阻系数。表示气相部分摩阻系数。222222fggofgofeedpWG xdzDDeDlofeD gof2.2.摩擦压降梯度关系式摩擦压降梯度关系式分液相折算系数分液相折算系数分气相折算系数分气相折算系数 lffldzdpdzdp2gffgdzdpdzdp2分液相摩擦压降梯度分液相摩擦压降梯度分气相摩擦压降梯度分气相摩擦压降梯度 和和 分别表示液相和气相单独流过同分别表示液相和气相单独流过同一一管道时的摩阻压降梯度。管道时的摩阻压降梯度。 表达式分别为表达式分别为式中，式中， 分液相摩

41、阻系数分液相摩阻系数; ; 分气相摩阻系数分气相摩阻系数. .lfdzdpgfdzdp222122ffllldpjGxdzDD22222fggggdpjG xdzDD glnotlDWC2g2l2211loflleDD (1) (1) 和和 计算式的推导计算式的推导DD e1ntlofDWC12521nl252ng同理可得同理可得:1f jW洛克哈特洛克哈特- -马蒂内里参数马蒂内里参数 2flfgdpdzXdpdz252221nlgX542255422511nnlnngXX (2).(2).分相流态的判别分相流态的判别 分组原则是看各相单独流过相同管径管子时是分组原则是看各相单独流过相同管径

42、管子时是层流还是紊流而定。层流还是紊流而定。 层流层流- -层流层流（ll） 紊流紊流- -层流层流（tl） 层流层流- -紊流紊流（lt） 紊流紊流- -紊流紊流（tt） Re1000;Re1000fglglgj Dj DRe1000;Re1000lgRe1000;Re1000lgRe1000;Re1000lg22222g21122flllfggdpGxdzxDXdpGxxDdz 1nnflttj DGx DCCnnggttj DGxDCC25. 0 ,3164. 0nCt411 xxglpxfxxtt,175. 125. 02 1 ,64nCt 11xxgl xxll12同理，可以求出同理

43、，可以求出22tlltXX 和二二. .奇斯霍姆关系式奇斯霍姆关系式 奇斯霍姆（奇斯霍姆（ChisholmChisholm）把管内两相流摩擦压力把管内两相流摩擦压力梯度表示成两相混合物梯度表示成两相混合物“实际动压头实际动压头”有关的表达有关的表达式式 22112fdpWWdzD 202122WDdzdP WDdzdP ff2211lcXX 112211cSS其中其中 奇斯霍姆推荐的系数奇斯霍姆推荐的系数C C值列在下表中。值列在下表中。 ttlttlll2012105221gcXX 奇斯霍姆法计算摩擦压降梯度的步骤：奇斯霍姆法计算摩擦压降梯度的步骤：计算分相计算分相ReRe数，判断组合工况，

44、确定数，判断组合工况，确定C C值值; ;（llll，lt, tl, tt )lt, tl, tt )计算分液相摩阻梯度和分气相摩阻梯度；计算分液相摩阻梯度和分气相摩阻梯度；3. 3. 计算马蒂内里参数计算马蒂内里参数2212flldpGxdzD222fggdpG xdzD2fflgdpdpXdzdzntlDxGC1ntgGxDC 4.4.计算分液相折算系数或分气相折算系数计算分液相折算系数或分气相折算系数5.5.计算两相摩阻压降梯度计算两相摩阻压降梯度2211lcXX 221gcXX 2ffggdpdpdzdz2fflldpdpdzdz或或或或L-ML-M方法和奇斯霍姆方法的应用条件方法和奇

45、斯霍姆方法的应用条件1 1、实验压力：、实验压力：0.110.35MPa 0.110.35MPa 2 2、实验介质：空气和水、空气和油、实验介质：空气和水、空气和油 上节内容回顾上节内容回顾gfgfdzdPdzdP2)(2f)()(2222fflglflfdzdPdzdP2L-M方法：2521nl252ng2/ )5(2221ngflflg dzdpdzdpChisholm方法：221Cg22l11C三三. .马蒂内里马蒂内里- -纳尔逊关系式（纳尔逊关系式（M-NM-N）1.1.基本假设基本假设 (1).(1).流动工况：湍流流动工况：湍流- -湍流（湍流（t-tt-t）型；）型； (2).

46、(2).流场中任意点均处于热力学平衡；流场中任意点均处于热力学平衡； (3).L-M(3).L-M法基本思想也适用于单组分两相流法基本思想也适用于单组分两相流( (沸腾工况沸腾工况) )2.2.摩擦压力梯度的计算摩擦压力梯度的计算 (1). (1). 和和 的计算的计算2lo2lttnlttlox22218 . 12275. 12212 . 0125. 0 x nx nlttlolttlo对于水工质，在临界压力对于水工质，在临界压力P Pcrcr=22.12Mpa=22.12Mpa时时两相流可作为单相流处理两相流可作为单相流处理此式为单组分两相混合物在此式为单组分两相混合物在P Pcrcr下必

47、须满足的条下必须满足的条件。件。0, 11x1 ; m2 lolololox12lo751751221.ttlttXb. P=0.1MPa,用用L-M法（法（5-45）式）式225. 05525. 04tt21Xlttc. 中间压力，采用内插法决定。中间压力，采用内插法决定。入口饱和水，出口入口饱和水，出口x xe e11lololoflofpLdzdpp22则,exdxLdzdxx1dzL1ppex02loeLo2lolof2lo对于汽水系统，其积分结果示于图对于汽水系统，其积分结果示于图5-45-4。 120. 11pp8 . 001. 0175. 0lof2lo5 . 0exMPaP68

48、. 05 . 00ex 13 . 1185. 02elox15 . 0ex 119 . 02elox植田辰洋为M-N法提供拟合关系式当 时，上式可用下列近似公式代替：5.4 5.4 影响两相流摩擦压降的主要因素影响两相流摩擦压降的主要因素一一. .压力压力P P的影响的影响 对于水，对于水，P Pcrcr=22.12Mpa=22.12Mpa P=PP=Pcr cr , , PP PPcrcr , , P 2loconstx 12lo12lo二二. .质量含气率质量含气率x x的影响的影响 1.1.不加热管不加热管 2.2.加热管加热管 出现马鞍形。出现马鞍形。x2loconstP x、2loc

49、onstP 三三. .质量流速的影响质量流速的影响 1. 1. 工程上在计算摩擦压降时认为工程上在计算摩擦压降时认为 G1360 kg/mG2000 kg/m G2000 kg/m2 2.s , .s , 采用均相流模型（如前苏联采用均相流模型（如前苏联 水动力标准方法水动力标准方法) ) loflololofdzdp GDdzdp213562135622巴罗塞方法：巴罗塞方法：211222lglgGGGG 222212xGDdzdPdzdPllflf 2. 2. 巴罗塞方法巴罗塞方法 优点优点: : (1). (1).适用于液态金属，如适用于液态金属，如Na,K,F-22,Na,K,F-22

50、,汞等；汞等； (2). (2).计算精度高。计算精度高。 缺点：缺点： 只有曲线，使用很不方便。只有曲线，使用很不方便。3. 3. 巴罗塞奇斯霍姆拟合关系式巴罗塞奇斯霍姆拟合关系式 奇斯霍姆在研究巴罗塞曲线的基础上，给奇斯霍姆在研究巴罗塞曲线的基础上，给出了有关的拟合关系式。即出了有关的拟合关系式。即 2211XXkl 5 . 05 . 05 . 0175. 0200075. 0GkK K值适用于值适用于当当G2000kg/mG2000kg/m2 2.s.s5.5 5.5 重位压降计算重位压降计算 一一. .均相流模型的重位压降均相流模型的重位压降 LoLomLomgxxdzgdzgdzgP