哈工程兩相流演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有36頁\編輯于星期二2.1

研究流型的意義一.何謂兩相流的流型?單相流與兩相流的區(qū)別？

1.氣液兩相流體在流動過程中，兩相之間存在分界面，這就是兩相流區(qū)別于單相流的重要特征。

2.兩相流中兩相介質(zhì)的分布狀況，不同的界面分布就構成了不同的兩相流流型。

現(xiàn)在是2頁\一共有36頁\編輯于星期二三.影響流型的因素1.x,P,G;2.是否受熱（非絕熱）；3.流動方向；4.流道結構。

1.流型影響流體的換熱特性；

2.流型影響壓降特性；

3.流動不穩(wěn)定性與流型有關；

4.建立流動模型與流型密切相關。二.研究流型的意義現(xiàn)在是3頁\一共有36頁\編輯于星期二2.2垂直上升管中的流型泡狀流一.垂直上升不加熱直圓管1.泡狀流(1)特征：

1)液相連續(xù)，氣相不連續(xù)；2)氣泡多數(shù)呈球形；3)管子中心氣泡密度大，有趨中效應。(2)出現(xiàn)范圍：主要出現(xiàn)在低x區(qū)，在中低壓情況下，出現(xiàn)在；高壓情況下，較大仍為泡狀流，現(xiàn)在是4頁\一共有36頁\編輯于星期二2.彈狀流(1)特征

1)大氣泡與大液塊交替出現(xiàn)，頭部呈球形，尾部扁平，形如炮彈；

2)氣彈間液塊向上流動，夾有小氣泡；

3)氣彈與管壁間液層緩慢向下流動。(2)出現(xiàn)范圍

1)低壓、低流速,，低壓時氣泡長度可達1m以上；

2),不能形成大氣泡，當P>10MPa時，彈狀流消失；

3)出現(xiàn)在泡-環(huán)過渡區(qū)。彈狀流現(xiàn)在是5頁\一共有36頁\編輯于星期二3.乳沫狀流(攪混流）(1)特征

1)破碎的氣泡形狀不規(guī)則，有許多小氣泡夾雜在液相中；

2)貼壁液膜發(fā)生上下交替運動，從而使得流動具有震蕩性。(2)出現(xiàn)范圍它是一種過渡流，一般出現(xiàn)在大口徑管中，小口徑的管中觀察不到。乳沫狀流現(xiàn)在是6頁\一共有36頁\編輯于星期二4.環(huán)狀流(1)特征

1)貼壁液膜呈環(huán)形向上流動；

2)管子中部為夾帶水滴的氣柱；

3)液膜和氣流核心之間存在波動界面。(2)出現(xiàn)范圍

1)在P<Pcr，0<x<1下都可能出現(xiàn)；

2)發(fā)生在氣相流速較高時。5.細束環(huán)狀流當液相流速較大時，氣柱中液滴量增多，使小液滴連成串，向上流動。與環(huán)狀流不易區(qū)分。環(huán)狀流現(xiàn)在是7頁\一共有36頁\編輯于星期二1.流型的演變

在受熱管中，流型沿途發(fā)生變化，受熱管中可能同時存在幾種流型。2.注意兩個問題

(1)流型的演變需要一定時間和距離；高q下：環(huán)狀流區(qū)域較大，流型演變時間較短；高P下：P>10Mpa，彈狀流消失，流型直接從泡狀流向環(huán)狀流轉(zhuǎn)變。

(2)絕熱管中不會出現(xiàn)霧狀流。二.垂直上升加熱直圓管中的流動型式

現(xiàn)在是8頁\一共有36頁\編輯于星期二三.流型圖

目前廣泛采用的流型圖均為二元的，其坐標為流動參數(shù)或組合參數(shù)。選用右圖流型圖注意1.實驗條件Di,流動工質(zhì)是空氣和水。2.該圖和應用,汽水混合物在Di=121.7mm管子中得到的實驗數(shù)據(jù)符合良好。現(xiàn)在是9頁\一共有36頁\編輯于星期二3.坐標參數(shù)橫坐標：分液相動壓頭

縱坐標：分氣相動壓頭現(xiàn)在是10頁\一共有36頁\編輯于星期二上節(jié)重要知識點兩相流型的定義，與單相流的區(qū)別；研究兩相流流型的意義？影響兩相流流型的因素？垂直上升絕熱、加熱直圓管中的流型分別有哪些？每種流型的特征和出現(xiàn)的范圍是什么？現(xiàn)在是11頁\一共有36頁\編輯于星期二2.3垂直下降管中的氣液兩相流流型及其流型圖

1.泡狀流2.彈狀流3.下降液膜流4.帶氣泡的5.塊狀流6.霧式環(huán)狀流下降液膜流一.流型的分類現(xiàn)在是12頁\一共有36頁\編輯于星期二1.泡狀流特征:

1)氣泡集中在管子中心部分

2)氣泡尺寸更小，更接近于球形。2.彈狀流若，則氣泡將聚集成氣彈。特征：

1)氣彈較長，尾部呈球形；

2)下降流時貼壁面液膜向下流動，故比上升流時穩(wěn)定?，F(xiàn)在是13頁\一共有36頁\編輯于星期二3.環(huán)狀流(1)下降液膜流

當小時，有一層液膜沿管壁下流，核心部分為氣相，液膜中無氣泡。(2)帶氣泡的下降液膜流

當時，由于慣性的作用，氣相將進入液膜。(3)塊狀流

當較高時，貼壁為液膜，由于氣相的卷吸作用，核心為霧狀氣柱。(4)霧式環(huán)狀流

當較高時，貼壁為液膜，由于氣相的卷吸作用，核心為霧狀氣柱?，F(xiàn)在是14頁\一共有36頁\編輯于星期二二.流型圖1.實驗條件空氣和多種液體混合物,di=25.4mm,P=0.17MPa2.坐標參數(shù)

橫坐標

縱坐標現(xiàn)在是15頁\一共有36頁\編輯于星期二一.水平不加熱管中的流動型式

1.泡狀流

氣泡趨于管道上部，下部較少。其分布與流速關系很大。液相流速增大，分布趨于均勻。2.塞狀流

氣泡聚結長大而形成氣塞，與垂直上升流中彈狀流相似。大氣塞后有小氣泡，由泡狀流過渡而來。2.4水平管中的流動型式現(xiàn)在是16頁\一共有36頁\編輯于星期二3.分層流特征：

(1)出現(xiàn)在都比較小的情況；

(2)兩相完全分離，氣相在管道上方流動；

(3)氣液之間有明顯的分界面。4.波狀流

氣相流速足夠高時，由于氣相的作用，在界面上產(chǎn)生一個擾動波，擾動波向前推進向波浪一樣，形成波狀流。5.彈狀流

在波狀流基礎上，隨著氣相流速的增加，會使這些擾動波碰到流道的頂部表面，形成氣彈。彈狀流與塞狀流的區(qū)別

(1)彈狀流的氣相流速低于塞狀流的；

(2)氣彈頂部無液膜；

(3)塞狀流由泡狀流過渡而來，彈狀流由波狀流過渡而來。6.環(huán)狀流

受重力作用，周向液膜厚度不均勻。出現(xiàn)在氣相流速較高、流量比較大，而液相流速較低時。當壁面粗糙時，液膜可能不連續(xù)?，F(xiàn)在是17頁\一共有36頁\編輯于星期二水平不加熱管中的流型圖片現(xiàn)在是18頁\一共有36頁\編輯于星期二水平不加熱管中的流型圖片現(xiàn)在是19頁\一共有36頁\編輯于星期二二.水平加熱管中的流動型式1.單相流2.泡狀流3.塞狀流4.彈狀流5.波狀流6.環(huán)狀流流型演變與P、q、Wo密切相關

P：當P很高時，塞狀流和彈狀流消失；q：q較大，環(huán)狀流所占范圍擴大；

Wo：Wo高，慣性作用增強，可消除波狀流，流型不對稱性減小，接近豎直管中的流型。注意：從工程角度，避免水平布置；當水平布置時，需要提高入口水的流速，使Wo>>1m/s，可避免波狀流?，F(xiàn)在是20頁\一共有36頁\編輯于星期二流型圖遵循四原則簡易性原則主導性原則適用性原則發(fā)展性原則現(xiàn)在是21頁\一共有36頁\編輯于星期二2.9管內(nèi)淹沒和流向反轉(zhuǎn)過程的流型一.氣液兩相逆向流動的兩種極限現(xiàn)象

淹沒（液泛）、流向反轉(zhuǎn)（回流）二.淹沒和流向反轉(zhuǎn)現(xiàn)象注水器氣體底桶1.氣體流量由零開始增加液體現(xiàn)在是22頁\一共有36頁\編輯于星期二圖2-31淹沒過程的壓降和流量變化淹沒過程實驗現(xiàn)象AB現(xiàn)在是23頁\一共有36頁\編輯于星期二

液體流量一定，當氣體流量增加到某一點時，環(huán)狀液膜表面出現(xiàn)較大的波浪，管段內(nèi)壓差突然升高，注水器上部有水帶出，此點即為淹沒開始點。

出現(xiàn)的特征之一：注水器以下管段中壓差突然升高。

當繼續(xù)增加氣體流量，達到某一點時，氣體將全部液體帶出試驗段，此點稱為液體被全部攜帶點。現(xiàn)在是24頁\一共有36頁\編輯于星期二2.氣體流量逐漸減少當氣體流量降到某一值時，液膜開始回落到注水器以下，此點稱為流向反轉(zhuǎn)點。在流向反轉(zhuǎn)點后繼續(xù)減少氣體流量至某一值時，全部液體恢復向下流動，這點稱為淹沒消失點。淹沒消失點與淹沒開始點所對應的氣體流量不相等，淹沒消失點所對應的氣體流量比淹沒開始點對應的氣體流量小，這種現(xiàn)象稱為淹沒消失滯后?，F(xiàn)在是25頁\一共有36頁\編輯于星期二現(xiàn)在是26頁\一共有36頁\編輯于星期二

和反映了慣性力與重力的比值，Wallis給出，發(fā)生淹沒時滿足以下條件：2.淹沒和流向反轉(zhuǎn)過程的表達式1）.發(fā)生淹沒(液阻)的條件

引入兩個無量綱量（2-11）式中，m和c是兩個常數(shù)，主要跟氣體的入口條件有關，可有試驗來確定。一般情況下，m<1,c<1.現(xiàn)在是27頁\一共有36頁\編輯于星期二2）發(fā)生流向反轉(zhuǎn)的條件3）液體被全部攜帶點判定條件也可用庫塔杰拉茲數(shù)來表達液體全部攜帶點

(2-17)現(xiàn)在是28頁\一共有36頁\編輯于星期二3.研究淹沒和流向反轉(zhuǎn)的重要性現(xiàn)在是29頁\一共有36頁\編輯于星期二3.研究淹沒和流向反轉(zhuǎn)的重要性1）反應堆出現(xiàn)破口事故時，安注系統(tǒng)的投入，需要避開淹沒產(chǎn)生的條件，保證冷卻水進入堆芯，冷卻燃料棒；

2）破口事故時，一回路循環(huán)工質(zhì)將沿與蒸汽發(fā)生器底部相連的水平管流回反應堆，在自然循環(huán)作用下帶出堆芯熱量，此時會在水平管處產(chǎn)生氣液逆向流動，可能會發(fā)生淹沒現(xiàn)象，因此對水平管內(nèi)淹沒現(xiàn)象發(fā)生條件還需進一步的研究。現(xiàn)在是30頁\一共有36頁\編輯于星期二4.豎直管內(nèi)氣液兩相逆向流動流型圖圖中，a線表示發(fā)生淹沒時的界限，無解區(qū)表示液體全部被攜帶。多種流型共存的區(qū)域，可用下屬方法進行判別：當管道出口阻力小時，流型為環(huán)狀流；2.當出口阻力大時，如滿足

流動為泡狀流，否則為彈狀流。現(xiàn)在是31頁\一共有36頁\編輯于星期二(2)低液相流速下，空泡份額

（Taitel等（1980年）)

1.泡狀流-彈狀流的過渡

(1)氣泡的聚結機理.氣泡在碰撞聚結過程引起氣泡的長大，并最終使泡狀流過渡到彈狀流。確定過渡的關鍵使氣泡碰撞聚結的頻率。2.10流型之間的過渡(3)高液相流速下，液相紊流應力起著離散氣相，阻礙氣泡聚合的作用，當紊流應力作用大于氣泡受到的浮力時，將引起泡狀流向彈狀流的轉(zhuǎn)變.現(xiàn)在是32頁\一共有36頁\編輯于星期二2.水平管中分層流動的出現(xiàn)范圍

(1)氣相速度高，使分層面出現(xiàn)波浪，形成彈狀流。消除分層流動的蒸汽界限速度如下式表示：(2)波的失穩(wěn)機理.波狀分層流向間歇流之間的過渡是由于氣相通過波形交界面的波峰處受到加速，產(chǎn)生局部壓力降落，使峰部同時受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效應時，波峰便會擴大，產(chǎn)生流型的過渡。Wallis根據(jù)實驗數(shù)據(jù)給出了彈狀流起始條件為：現(xiàn)在是33頁\一共有36頁\編輯于星期二3.彈狀流-乳沫狀流過渡(1)淹沒機理上升的氣流使平穩(wěn)的氣液界面遭到破壞，下降的液膜產(chǎn)生流向反轉(zhuǎn)從而破壞了穩(wěn)定的彈狀流。這個機理最早是由Nicklin和Davidson提出的，可以采用淹沒關系式表達這一過渡。

(2)液柱失穩(wěn)機理(Taitel)

(3)泰勒氣泡尾流影響機理（Mishima&Ishii）

現(xiàn)在是34頁\一共有36頁\編輯于星期二4.乳沫狀流-環(huán)狀流過渡乳沫狀流向環(huán)狀流的