《两相流的流型和流型图课题优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《两相流的流型和流型图课题优秀PPT.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、其次章其次章 两相流的流型和流型图两相流的流型和流型图 本章主要内容 1.流型的定义、影响流型的因素;2.竖直上升绝热管、竖直下降绝热管、水平绝热管中存在的流型、特征及出现范围;3.管内沉没和流向反转的产生及判别;4.流型的过渡及判别；5.接受流型图判别流型的方法。2.1 探讨流型的意义探讨流型的意义一一.何何谓谓两相流的流型两相流的流型?单单相流与两相流的区相流与两相流的区分？分？1.1.单单相流流相流流态态分三种：分三种：层层流，流，过过渡流，渡流，湍流湍流 2.2.气液两相流体在流淌气液两相流体在流淌过过程中，两相之程中，两相之间间存在存在分界面，分界面，这这就是两相流区分于就是两相流区
2、分于单单相流的重要相流的重要特特征。征。3.3.两相流中相两相流中相间间界面的形界面的形态态和分布状况，和分布状况，就构成了不同的两相流流型。就构成了不同的两相流流型。三三.影响流型的因素影响流型的因素 1.x,P,G;1.x,P,G;2.2.是否受是否受热热（非（非绝热绝热）；）；3.3.流淌方向；流淌方向；4.4.流道流道结结构。构。1.流型影响流体的换热特性；流型影响流体的换热特性；2.流型影响压降特性；流型影响压降特性；3.流淌不稳定性与流型有关；流淌不稳定性与流型有关；4.建立流淌模型与流型亲密相关。建立流淌模型与流型亲密相关。二二.探探讨讨流型的意流型的意义义2.2 垂直上升管中的
3、流型垂直上升管中的流型泡状流泡状流一一.垂直上升不加垂直上升不加热热直直圆圆管管1.1.泡状流泡状流(1)(1)特征：特征：1)1)液相液相连续连续，气相不，气相不连续连续；2)2)气泡多数呈球形；气泡多数呈球形；3)3)管子中心气泡密度大，有管子中心气泡密度大，有趋趋中效中效应应。(2)(2)出出现现范范围围：主要出主要出现现在低在低x x区，在中低区，在中低压压状况下，出状况下，出现现在在 ；高高压压状况下，状况下，较较大仍大仍为为泡状流，泡状流，2.2.弹弹状流状流(1)(1)特征特征 1)1)大气泡与大液大气泡与大液块块交替出交替出现现，头头部呈球部呈球形，尾部扁平，形如炮形，尾部扁平
4、，形如炮弹弹；2)2)气气弹间弹间液液块块向上流淌，向上流淌，夹夹有小气泡；有小气泡；3)3)气气弹弹与管壁与管壁间间液液层缓层缓慢向下流淌。慢向下流淌。(2)(2)出出现现范范围围 1)1)低低压压、低流速、低流速,，低，低压时压时气泡气泡长长度可达度可达1m1m以上；以上；2),2),不能形成大气泡，当不能形成大气泡，当P10MPaP10MPa时时，弹弹状流消逝；状流消逝；3)3)出出现现在泡在泡-环过环过渡区。渡区。弹状流弹状流3.3.乳沫状流乳沫状流(搅搅混流）混流）(1)(1)特征特征 1)1)裂开的气泡形裂开的气泡形态态不不规则规则，有，有很多小气泡很多小气泡夹杂夹杂在液相中；在液
5、相中；2)2)贴贴壁液膜壁液膜发发生上下交替运生上下交替运动动，从而使得流淌具有震从而使得流淌具有震荡荡性。性。(2)(2)出出现现范范围围 它是一种它是一种过过渡流，一般出渡流，一般出现现在在大口径管中，小口径的管中大口径管中，小口径的管中视视察不察不到。到。乳沫状流乳沫状流4.4.环环状流状流(1)(1)特征特征 1)1)贴贴壁液膜呈壁液膜呈环环形向上流淌；形向上流淌；2)2)管子中部管子中部为夹带为夹带水滴的气柱；水滴的气柱；3)3)液膜和气流核心之液膜和气流核心之间间存在波存在波动动界面。界面。(2)(2)出出现现范范围围 1)1)在在PPcrPPcr，0 x10 x10MpaP10M
6、pa，弹弹状流消逝，流状流消逝，流型型干脆从泡状流向干脆从泡状流向环环状流状流转变转变。(2)(2)绝热绝热管中不会出管中不会出现雾现雾状流。状流。二二.垂直上升加垂直上升加热热直直圆圆管中的流淌型式管中的流淌型式 三三.流型流型图图 目前广泛接受的流型图均为二元的，其坐标为流淌参数或组合参数。选用右图流型图留意1.试验条件Di=31.2mm;P=0.14-0.54MPa,流淌工质是空气和水。2.该图和应用P=3.45-6.9MPa,汽水混合物在Di=121.7mm管子中得到的试验数据符合良好。3.3.坐坐标标参数参数横坐横坐标标：分液相：分液相动压头动压头 纵纵坐坐标标：分气相分气相动压头动
7、压头2.32.3垂直下降管中的气液两相流流垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图型及其流型图 1.泡状流泡状流 2.弹状流弹状流 3.下降液膜流下降液膜流 4.带气泡的带气泡的 5.块状流块状流 6.雾式环状流雾式环状流 下降液膜流下降液膜流一一.流型的分流型的分类类1.1.泡状流泡状流特征特征:1)1)气泡集中在管子中心部分气泡集中在管子中心部分 2)2)气泡尺寸更小，更接近于球形。气泡尺寸更小，更接近于球形。2.2.弹弹状流状流 若若 ，则则气泡将聚集成气气泡将聚集成气弹弹。特征：特征：1)1)气气弹较长弹较长，尾部呈球形；，尾部呈球形；2)2)下降流下降流时贴时贴壁面液膜向下流淌，故比上
8、升壁面液膜向下流淌，故比上升流流时稳时稳定。定。3.3.环环状流状流(1)(1)下降液膜流下降液膜流 当当 小小时时，有一，有一层层液膜沿管壁下流，核心部分液膜沿管壁下流，核心部分为为气相，液膜中无气泡。气相，液膜中无气泡。(2)(2)带带气泡的下降液膜流气泡的下降液膜流 当当 时时，由于，由于惯惯性的作用，气相将性的作用，气相将进进入液膜。入液膜。(3)(3)块块状流状流 当当 较较高高时时，贴贴壁壁为为液膜，由于气相的卷吸液膜，由于气相的卷吸作用，核心作用，核心为雾为雾状气柱。状气柱。(4)(4)雾雾式式环环状流状流 当当 较较高高时时，贴贴壁壁为为液膜，由于气相的卷吸作用，液膜，由于气相
9、的卷吸作用，核心核心为雾为雾状气柱。状气柱。二二.流型流型图图1.1.试验试验条件条件 空气和多种液体混合物空气和多种液体混合物,di=25.4mm,P=0.17MPa,di=25.4mm,P=0.17MPa2.2.坐坐标标参数参数 横坐横坐标标 纵纵坐坐标标一一.水平不加水平不加热热管中的流淌型式管中的流淌型式 1.1.泡状流泡状流 气泡气泡趋趋于管道上部，下部于管道上部，下部较较少。其分布与流速关系很大。少。其分布与流速关系很大。液相流速增大，分布液相流速增大，分布趋趋于匀整。于匀整。2.2.塞状流塞状流 气泡聚气泡聚结长结长大而形成气塞，大而形成气塞，与垂直上升流中与垂直上升流中弹弹状流
10、相像。状流相像。大气塞后有小气泡，由泡状流大气塞后有小气泡，由泡状流过过渡而来。渡而来。2.4 2.4 水平管中的流淌型式水平管中的流淌型式3.3.分分层层流流 (1)(1)出出现现在在 都比都比较较小的状况；小的状况；(2)(2)两相完全分两相完全分别别，气相在管道上方流淌；，气相在管道上方流淌；(3)(3)气液之气液之间间有明有明显显的分界面。的分界面。4.4.波状流波状流 气相流速足气相流速足够够高高时时，由于气相的作用，在界面，由于气相的作用，在界面上上产产生一个生一个扰动扰动波，波，扰动扰动波向前推波向前推动动向波浪一向波浪一样样，形成波状流。形成波状流。5.5.弹弹状流状流 在波状
11、流基在波状流基础础上，随着气相流速的增加，会使上，随着气相流速的增加，会使这这些些扰动扰动波遇到流道的波遇到流道的顶顶部表面，形成气部表面，形成气弹弹。6.6.环环状流状流 受重力作用，周向液膜厚度不匀整。受重力作用，周向液膜厚度不匀整。出出现现在气相流速在气相流速较较高、流量比高、流量比较较大，而液相流大，而液相流速速较较低低时时。当壁面粗糙。当壁面粗糙时时，液膜可能不，液膜可能不连续连续。水平不加水平不加热热管中的流型管中的流型图图片片二二.水平加水平加热热管中的流淌型式管中的流淌型式1.1.单单相流相流 2.2.泡状流泡状流 3.3.塞状流塞状流 4.4.弹弹状流状流 5.5.波状流波状
12、流 6.6.环环状流状流流型演化与流型演化与P P、q q、WoWo亲亲密相关密相关 P P：当：当P P很高很高时时，塞状流和，塞状流和弹弹状流消逝；状流消逝；q q：q q较较大，大，环环状流所占范状流所占范围扩围扩大；大；Wo Wo：WoWo高，高，惯惯性作用增加，可消退波状状流，流型不性作用增加，可消退波状状流，流型不对对称称性减小，接近性减小，接近竖竖直管中的流型。直管中的流型。留意：从工程角度，避开水平布置；当水平布置留意：从工程角度，避开水平布置；当水平布置时时，须须要提高要提高入口水的流速，使入口水的流速，使Wo1m/sWo1m/s，可避开波状流。，可避开波状流。流型流型图图遵
13、循四原遵循四原则则简简易易性性原原则则主主导导性性原原则则适适用用性性原原则则发发展展性性原原则则竖竖直不加直不加热热管中的流型管中的流型图图片片水平不加水平不加热热管中的流型管中的流型图图片片2.9 2.9 管内沉没和流向反转过程的流型管内沉没和流向反转过程的流型一一.气液两相逆向流淌的两种极限气液两相逆向流淌的两种极限现现象象 沉没（液泛）、流向反沉没（液泛）、流向反转转（回流）（回流）二二.沉没和流向反沉没和流向反转现转现象象注水器注水器气体气体底桶底桶1.1.气体流量由零起先增加气体流量由零起先增加液体液体图图2-31 沉没过程的压降和流量变更沉没过程的压降和流量变更沉没过程试验现象沉
14、没过程试验现象AB 液体流量确定，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，管段内压差突然上升，注水器上部有水带出，此点即为沉没起先点。出现的特征之一：注水器以下管段中压差突然上升。当接着增加气体流量，达到某一点当接着增加气体流量，达到某一点时时，气体将全部液，气体将全部液体体带带出出试验试验段，此点称段，此点称为为液体被全部携液体被全部携带带点。点。2.2.气体流量气体流量渐渐渐渐削减削减 当气体流量降到某一当气体流量降到某一值时值时，液膜起先回落到注水器以下，此液膜起先回落到注水器以下，此点称点称为为流向反流向反转转点。点。在流向反在流向反转转点后接着削减气点后接着削减气体流量
15、至某一体流量至某一值时值时，全部液体恢，全部液体恢复向下流淌，复向下流淌，这这点称点称为为沉没消逝沉没消逝点。点。沉没消逝点与沉没起先点所沉没消逝点与沉没起先点所对应对应的气体流量不相等，沉没消的气体流量不相等，沉没消失点所失点所对应对应的气体流量比沉没开的气体流量比沉没开始点始点对应对应的气体流量小，的气体流量小，这这种种现现象称象称为为沉没消逝滞后。沉没消逝滞后。2.2.探探讨讨沉没和流向反沉没和流向反转转的重要性的重要性2.2.探探讨讨沉没和流向反沉没和流向反转转的重要性的重要性 1 1）反）反应应堆出堆出现现破口事故破口事故时时，安注系，安注系统统的投入，的投入，须须要要避开沉没避开沉
16、没产产生的条件，保生的条件，保证证冷却水冷却水进进入堆芯，冷却燃料棒；入堆芯，冷却燃料棒；2 2）破口事故）破口事故时时，一回路循，一回路循环环工工质质将沿与蒸汽将沿与蒸汽发发生器生器底部相底部相连连的水平管流回反的水平管流回反应应堆，在自然循堆，在自然循环环作用下作用下带带出堆出堆芯芯热热量，此量，此时时会在水平管会在水平管处产处产生气液逆向流淌，可能会生气液逆向流淌，可能会发发生沉没生沉没现现象，因此象，因此对对水平管内沉没水平管内沉没现现象象发发生条件生条件还还需需进进一步的探一步的探讨讨。和和 反映了反映了惯惯性力与重力的比性力与重力的比值值3.3.沉没和流向反沉没和流向反转过转过程的
17、表达式程的表达式引入两个无量引入两个无量纲纲量量1 1）发生沉没）发生沉没(液阻液阻)的条件的条件2 2）发发生流向反生流向反转转的条件的条件3 3）液体被全部携）液体被全部携带带点判定条件点判定条件 式中，式中，m m和和c c是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可由由试验试验来确定。一般状况下，来确定。一般状况下，m1,c1.m1,c1.(2)(2)低液相流速下，空泡份低液相流速下，空泡份额额 （Taitel等（等（19801980年）年）)1.1.泡状流泡状流-弹弹状流的状流的过过渡渡 (1)(1)气泡的聚气泡的聚结结机理机理.气泡在碰撞聚气泡在
18、碰撞聚结过结过程引起气泡的程引起气泡的长长大，并最大，并最终终使泡状流使泡状流过过渡到渡到弹弹状流。确定状流。确定过过渡的关渡的关键键使气泡使气泡碰撞聚碰撞聚结结的的频频率。率。2.10 2.10 流型之间的过渡流型之间的过渡 (3)(3)高液相流速下，液相紊流高液相流速下，液相紊流应应力起着离散气相，阻碍气力起着离散气相，阻碍气泡泡聚聚合合的的作作用用，当当紊紊流流应应力力作作用用大大于于气气泡泡受受到到的的浮浮力力时时，将将阻阻挡挡泡状流向泡状流向弹弹状流的状流的转变转变.2.2.水平管中分水平管中分层层流淌的出流淌的出现现范范围围 (1)气相速度高，使分层面出现波浪，形成弹状流。消退分层
19、流淌的蒸汽界限速度如下式表示：(2)(2)波的失波的失稳稳机理机理.波状分波状分层层流向流向间间歇流之歇流之间间的的过过渡是渡是由于气相通由于气相通过过波形交界面的波峰波形交界面的波峰处处受到加速，受到加速，产产生局部生局部压压力力着着陆陆，使峰部同，使峰部同时时受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效应时应时，波峰便会，波峰便会扩扩大，大，产产生流型的生流型的过过渡。渡。WallisWallis依据依据试验试验数数据据给给出了出了弹弹状流起始条件状流起始条件为为：3.3.弹弹状流状流-乳沫状流乳沫状流过过渡渡(1)(1)沉没机理沉没机理 上升的气流使平上升的气
20、流使平稳稳的气液界的气液界面遭到面遭到破坏，下降的液膜破坏，下降的液膜产产生流向反生流向反转转从而从而破坏了破坏了稳稳定的定的弹弹状流。状流。这这个机理个机理最早最早是由是由NicklinNicklin和和DavidsonDavidson提出的，提出的，可以可以接受沉没关系式表达接受沉没关系式表达这这一一过过渡。渡。(2)(2)液柱失液柱失稳稳机理机理(Taitel)(Taitel)(3)(3)泰勒气泡尾流影响机理泰勒气泡尾流影响机理（Mishima&IshiiMishima&Ishii）4.4.乳沫状流乳沫状流-环环状流状流过过渡渡 乳沫状流向乳沫状流向环环状流的状流的过过渡可以用流向反渡可
21、以用流向反转转来表示。来表示。其判其判别别式与上一式与上一节节相同。相同。5.5.环环状流状流-细细束束环环状流状流过过渡渡 这这个个过过渡不太渡不太简洁简洁辨辨别别，沃利斯（，沃利斯（WallisWallis）经过经过试验试验提出了一个近似表达式提出了一个近似表达式当当这这个公式个公式满满足足时时，就是，就是这这个个过过渡的起先。渡的起先。6.6.威斯曼的判威斯曼的判别别方法方法接受接受Weisman流型图判别流型的步骤流型图判别流型的步骤1.计算气相折算流速和液相折算流速；计算气相折算流速和液相折算流速；2.令令 ，依据流型图进行初判。，依据流型图进行初判。3.由初判所在的区域，进行流型分
22、界计算。由初判所在的区域，进行流型分界计算。即利用表即利用表2-2确定确定 ，而后计算，而后计算再查图。再查图。4.最终判定流型。最终判定流型。本章小结本章小结1.1.何何谓谓两相流的流型？探两相流的流型？探讨讨流型的意流型的意义义？影响流型的因？影响流型的因素？素？2.2.水平、垂直上升、垂直下降不加水平、垂直上升、垂直下降不加热热管中存在哪几种流管中存在哪几种流型？各有什么特征？出型？各有什么特征？出现现范范围围？3.3.什么叫沉没起始点？液体全部被携什么叫沉没起始点？液体全部被携带带点？流向反点？流向反转转点？点？沉没消逝点？沉没消逝点？4.4.判判别别沉没，流向反沉没，流向反转转，液体全部被携，液体全部被携带带点的判据。点的判据。5.5.驾驭驾驭用流型用流型图图(Weisman(Weisman图图、BakerBaker图图)判判别别流型的方法。流型的方法。