1、1氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)2. 混合物的質(zhì)量流量混合物的質(zhì)量流量 流過流體通道的氣相介質(zhì)的質(zhì)量流量qmg與液相介質(zhì)質(zhì)量流量qml之和。 3. 混合物的質(zhì)量流率混合物的質(zhì)量流率 單位通道截面積流過的氣液兩相介質(zhì)的質(zhì)量流量為混合物的質(zhì)量流率。 9.1.2 介質(zhì)含量介質(zhì)含量1. 質(zhì)量含氣率質(zhì)量含氣率 氣相介質(zhì)的質(zhì)量在兩相介質(zhì)總質(zhì)量中所占比例，用k表示。 其取值在01之間，1-k為含液率。 mmgmlgvglvlggglllqqqqqv Av Amgmlggglllmqqv Av AqGAAAmgmgmmgmlqqkqqq22. 容積含氣率容積含氣率 氣相介質(zhì)的容積在兩相介質(zhì)總?cè)莘e中所占比例，

2、用表示。 其取值在01之間，1- 為容積含液率?？梢缘玫絢與間的關(guān)系： 3. 截面含氣率截面含氣率 氣相介質(zhì)所占的截面積與整個管道截面積之比為截面含氣率，又稱為空隙率。 其取值在01之間，1- 為截面含液率。 vgvgvvgvlqqqqq1g1(1(1)lk11(1(1)glkgAA氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)39.1.3 速度速度1. 氣相折算速度、液相折算速度氣相折算速度、液相折算速度 氣相介質(zhì)、液相介質(zhì)各自獨立流過管道的平均速度。 顯然混合物速度也為假想速度。2. 混合物速度混合物速度 氣液兩相混合物流過通道的平均速度為混合物速度。 0vgvggggqqvvAA0(1)(1)vlvl

3、lllqqvvAA 折算速度為假想速度。利用該定義可以方便兩相流中的計算，混合物的質(zhì)量流率為：00(1)glggllggllGGGvvvv 00(1)vgvlglglqqvvvvvA氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)4氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)3. 相速度差和相速度比相速度差和相速度比 氣相速度與液相速度之差稱為相速度差。 氣相速度與液相速度之比稱為相速度比。 當(dāng)兩相速度相等時： 即截面含氣率等于容積含氣率。glglvvv()1()1gmgggllmlllgvqp Akvvqp Ak 或： 1111(1(1)(1(1)glvvk(1)lglgkk5氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)4. 循環(huán)

4、速度循環(huán)速度 單位通道截面積流過的兩相介質(zhì)質(zhì)量流量與液相密度之比vc。 它與混合物速度之間的關(guān)系為：5. 漂移速度漂移速度 某相介質(zhì)的運動速度與混合物速度之差為漂移速度（滑移速度）。 氣相滑移速度： 液相滑移速度：9.1.4 濃度、密度濃度、密度1. 氣相濃度、液相濃度氣相濃度、液相濃度 單位體積混合物所含氣相的質(zhì)量為氣相濃度。00mgmlgcglllqqvvvA0(1)gcglvvveggvvvellvvv6氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué) 單位體積混合物所含液相的質(zhì)量為液相濃度。2. 混合物流動密度混合物流動密度 流過通道某截面的質(zhì)量流量和體積流量之比稱為混合物流動密度。gggMV(1)l

5、llM V 00(1)gvglvlmglglVVqqqqq 其中0gvgmgggVVqqqq0(1)lvlmlllVVqqqq 分別為氣相折算密度、液相折算密度。由比容關(guān)系可得：11glkk7氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)3. 混合物真實密度混合物真實密度 在截面積為A長為l的微管段中兩相流的質(zhì)量與微管段的體積之比。(1)(1)gltglA lA lA l 當(dāng)兩相介質(zhì)速度相等時，兩相介質(zhì)的真實密度等于流動密度。9.1.5 壓強、溫度、狀態(tài)方程壓強、溫度、狀態(tài)方程1. 壓強壓強 忽略液體表面張力，則有：glppp 氣相分壓和液體分壓可近似按容積份額計算：gpp(1)lpp2. 溫度溫度 兩相流

6、中氣相和液相溫度存在差異，兩相流溫度可按濃度計算：8氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)11()()ggllggllTTTTT3. 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 氣相為完全氣體時，狀態(tài)方程為：gggggggpR TR Tp 即：gggpR T 對于液體，一般可以認為其僅與溫度有關(guān)( )lllT 對于熱平衡狀態(tài)下的氣液兩相混合物，氣體為完全氣體，液體為不可壓縮，則有：111()glkk 氣體與液體的質(zhì)量比為：1mgmlqkqqk9氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué) 將上兩式變形：111()mgmlqq 帶入狀態(tài)方程，可以得到用混合物參數(shù)表示的狀態(tài)方程：111()mmglqpqR T9.1.6 比熱、比焓、比熱容、

7、比熵比熱、比焓、比熱容、比熵 上述這些物理量都可以認為混合物的物理量為各相質(zhì)量份額的加權(quán)平均，即：內(nèi)能(1)(1)glvggvllukuk ukc Tk c T比焓(1)(1)glpggpllhkhk hkc Tk c T比熱容(1)ppgplckck c(1)vvgvlckck c比熵(1)glsksk s10氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)9.2 氣液兩相流在管內(nèi)的流型氣液兩相流在管內(nèi)的流型 流型是兩相流在流動中相分布的特點，它對流動特性和規(guī)律有著重要影響。 9.2.1 不加熱豎直管道中的流型不加熱豎直管道中的流型 對于上升的兩相流，隨著氣體流量的增加，流型形式為：1. 泡狀流泡狀流 氣體

8、以小氣泡形式分散在液相中，管道中部氣泡較多。分散相為氣相，連續(xù)相為液相。2. 彈狀流（塞狀流）彈狀流（塞狀流） 小氣泡聚集為大氣泡，形狀類似子彈形式分散在液相中，氣泡集中在管道中部。流動是間歇的和不穩(wěn)定的。 3. 塊狀流塊狀流 子彈形狀的氣泡失穩(wěn)、破裂，形成形狀大小和形狀不同的塊狀氣泡，形狀和運動軌跡不穩(wěn)定，氣液間摻混較大。11氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)4. 環(huán)狀流（液絲環(huán)狀流）環(huán)狀流（液絲環(huán)狀流） 氣相在管道中部形成氣柱，氣柱中含有大量液滴，氣柱與管道之間存在液膜。5. 霧狀流霧狀流 管壁上液膜消失，液相全部以液滴形式分散在氣相中。此時連續(xù)相為氣相，分散相為液相。 對于下降流動，還可以

9、出現(xiàn)純環(huán)狀流，氣相與液相間分界面清晰且相對穩(wěn)定。9.2.2 不加熱水平管道中的流型不加熱水平管道中的流型 由于重力影響，液相較多地分布在管道下方，可能出現(xiàn)的流型為：1. 泡狀流泡狀流 與豎直管道中類似，但氣泡多趨向集中在管道上部。2. 彈狀流彈狀流 與豎直管道中類似，彈狀氣泡在管道上部。12氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)3. 分層流分層流 氣相在管道上部相連，液相在管道下部流動，它們之間出現(xiàn)分層，界面比較平坦。4. 波狀流波狀流 氣液分層面由于擾動的增加，開始出現(xiàn)波浪。5. 塊狀流塊狀流 波狀流中的波浪與管道頂端接觸，并將氣相分割為大氣泡。但管道上部壁面不存在連續(xù)液膜。6. 環(huán)狀流環(huán)狀流 管

10、道中部形成氣相通道，但上部液相環(huán)較薄。7. 霧狀流霧狀流 管壁上的液膜被吹散，液滴分散在氣相中。9.2.3 加熱管中的流型加熱管中的流型 與不加熱管中類似，但由于液相的蒸發(fā)，上述所述流型連續(xù)出現(xiàn)。氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué)9.3 氣液兩相流一維定常流動的基本方程氣液兩相流一維定常流動的基本方程 流型是兩相流在流動中相分布的特點，它對流動特性和規(guī)律有著重要影響。9.3.1 均相一維定常流基本方程均相一維定常流基本方程1.連續(xù)方程連續(xù)方程 對于一維流動，顯然有： 或2.動量方程動量方程 對于一維流動，其動量方程為：vAconst1110ddvdAdxv dxA dxsinwdpdvgGdxd

11、xA 氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué) 其中G為兩相流的質(zhì)量流率，w為壁面平均切向應(yīng)力，為平均濕周長度。3.能量方程能量方程 對于一維流動，能量方程為： 其中 為單位時間單位長度傳入控制體的熱量。9.3.1 均相一維定常流基本方程均相一維定常流基本方程1.氣液分界面耦合條件氣液分界面耦合條件1）流動速度 對于實際流體，分界面上速度相等。2）切向應(yīng)力 根據(jù)牛頓第三定律，作用在氣相和液相上的切應(yīng)力相等。21()sin()2mdpdvdugqdxdxdxqq gjljjvvv氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué) 3）質(zhì)量、能量、熱量交換 對于質(zhì)量交換，存在下列表達式： 液體蒸發(fā)時液相和氣相在法向速度分別

12、為： 根據(jù)上面的推導(dǎo)顯然有： 4）分界面兩側(cè)壓強 對于氣液分界面為曲面，則壓強差為：gjljgjljglvvyymgmldqdq 1mggjgqvx 1mlljlqvx ggjlljvv2pR 氣液兩相流體力學(xué)氣液兩相流體力學(xué) 對于存在蒸發(fā)的兩相流，氣液兩相法向速度存在差異，根據(jù)動量守恒，此時存在一個附加壓降：1()mljgjljqpvvx 實際工程中上面兩式的值很小，一般直接采用壓強連續(xù)條件。1.連續(xù)方程連續(xù)方程氣相： 液相： ()0ggmgdvAdqdxdx(1) )0llmldvAdqdxdx2. 動量方程動量方程氣相： 液相： singjmgggmgmglgqdvv dqdqvdpgdxAAdxAdxA d