第三課兩相流漂移流模型

上海交通大學(xué)核工系第三課兩相流漂移流模型1一、漂移流模型漂移流（DriftFlux）模型主要是由Zuber等人提出的。它是在熱力學(xué)平衡的假設(shè)下，建立在兩相平均速度場基礎(chǔ)上的一種模型。漂移流模型的建立是將觀察者建立在兩相流動的兩相混合物上，認(rèn)為觀察者隨著混合物一起流動來觀察氣、液相的流動情況。一、漂移流模型漂移流（DriftFlux）模型主要是由Zu2漂移流模型提出了一個漂移速度。隨著兩相流以某一混合速度流動時，蒸汽相對于這個混合速度有一個向前（在向上流動）或向后（在向下流動）的漂移速度。為了保持流動的連續(xù)性，對于液體則有一個反向的漂移速度。漂移流模型具有較大的普遍性，在某些場合下使用這個模型效果相當(dāng)好。在空泡份額問題上，Zuber等認(rèn)為必須同時考慮氣液兩相之間的滑移以及流速在流通截面空泡份額上的不均勻分布?；谄屏髂Ｐ?，可以從理論上得到空泡份額的計算公式。漂移流模型提出了一個漂移速度。隨著兩相流以某一混合速度流動時3模型的建立考察一維穩(wěn)態(tài)流動，對每一相寫出力平衡方程（忽略壁面剪切力），則：對液相，有對氣相，有模型的建立考察一維穩(wěn)態(tài)流動，對每一相寫出力平衡方程（忽略壁面4這里，F(xiàn)為單位容積混合物的某一相對另一相拖曳力。將上兩式中的消去，有可見，忽略壁面剪切力，F(xiàn)只是空泡率、物性及相對運動的函數(shù)?？紤]到漂移速度滑移速度這里，F(xiàn)為單位容積混合物的某一相對另一相拖曳力。將上兩式中的5因此，漂移流通量jgl與滑移速度us僅是空泡率

和物性的函數(shù)。因此，漂移流通量jgl與滑移速度us僅是空泡率和物性的函6漂移流模型的應(yīng)用對于泡狀流，按照Whalley（1987），us可以寫為：式中，ub是單個孤立氣泡的上升速度。那么，由，可以得到漂移流模型的應(yīng)用對于泡狀流，按照Whalley（1987）7進(jìn)一步結(jié)合速度定義可以得到氣、液相的表觀速度分別為：這樣汽液兩相流動的各相速度就可以求出，整個流動的情況也就知道了，達(dá)到問題的求解。但是漂移流模型最關(guān)鍵的地方是如何得到含氣率α。進(jìn)一步結(jié)合速度定義可以得到氣、液相的表觀速度分別為：8二、含氣率（空泡份額）的計算在空泡份額問題上，Behringer首先考慮了兩相之間的滑移，Bankoff則首先提出應(yīng)考慮流通截面上空泡份額上的不均勻分布。而認(rèn)為，必須同時考慮氣液兩相之間的滑移以及流速在流通截面空泡份額上的不均勻分布。Zuber與Findlay提出的物理模型，可以從理論上得到空泡份額的計算公式。二、含氣率（空泡份額）的計算在空泡份額問題上，Behring91.Zuber-Findlay方法

彈狀流1.Zuber-Findlay方法10攪拌流攪拌流11式中的C0是這個公式的精華所在,它是考慮了流速與空泡份額的不均勻分布的影響，稱為分布參數(shù)式中的C0是這個公式的精華所在,它是考慮了流速與空泡份額的不12Lahey給出了各種不同空泡份額分布情況下的變化，如圖所示Lahey給出了各種不同空泡份額分布情況下的變化，如圖所示13Wallis對孤立小氣泡垂直上升流道的泡狀流型（），建議Zuber-Staub等對垂直上升流動的攪拌流型，建議則取決于流道直徑與對比態(tài)壓力（p為系統(tǒng)壓力，pcr為臨界壓力）關(guān)于C0的具體計算公式可以看教材表3-2Wallis對孤立小氣泡垂直上升流道的泡狀流型（14Rouhani提出如下關(guān)系Rouhani提出如下關(guān)系15Dix提出其中Dix提出16空泡份額的其它計算方法

經(jīng)過多年的研究，各國學(xué)者提出了大量的空泡份額計算模型。因此氣液兩相流動，特別是與反應(yīng)堆等背景相適應(yīng)的飽和沸騰下的空泡份額計算方法相當(dāng)多，我們無法逐一介紹。除了前面各節(jié)提到的方法外，這里擇要介紹一下其它一些計算空泡份額的方法。需要指出，由于不同方法的建立均有各自的簡化假設(shè)或試驗條件，所以，在采用這些計算方法時，務(wù)必要注意公式的適用條件，必要時，應(yīng)詳細(xì)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料?？张莘蓊~的其它計算方法經(jīng)過多年的研究，各國學(xué)者提出了大量的17Thom方法

Thom根據(jù)流動體積份額的計算公式提出空泡份額的計算式為Thom方法18Lockhart-Martinelli方法

Lockhart與Martinelli是最早提出水平管中氣液兩相流動壓降與空泡份額計算關(guān)系的學(xué)者。他們的兩相壓降研究方法至今仍在廣泛應(yīng)用，這將在下一章中詳細(xì)論述。這里簡要介紹一下Lockhart-Martinelli空泡份額的計算方法。Lockhart-Martinelli方法19Lockhart-Martinelli用分相流模型進(jìn)行推導(dǎo)，作了如下定義：+得到Lockhart-Martinelli用分相流模型進(jìn)行推導(dǎo)，20Lockhart-Martinelli公式中的n取決于流動方式，詳見下一章有關(guān)兩相摩擦壓降的Lockhart-Martinelli關(guān)系部分。但是按照Lockhart-Martinelli方法，、、與之間關(guān)系曲線可通過查圖得到。Lockhart-Martinelli公式中的n取決于流動方21第三章(第三次課)--兩相流動模型(飄)ppt課件22非圓形通道關(guān)系式

除了對圓形流道內(nèi)進(jìn)行空泡份額的實驗研究外，一些學(xué)者對環(huán)形通道、棒束通道等的空泡份額也進(jìn)行了大量分析研究?，F(xiàn)僅介紹日本學(xué)者岐美格等人的研究結(jié)果。岐美格等對常壓下，內(nèi)徑為9.5mm，外徑為21mm的環(huán)形通道以及4根棒束與7根棒束（加熱棒直徑為9.5mm）的棒束通道中的空泡份額進(jìn)行了測量。實驗是在加熱情況下進(jìn)行的，最大熱流密度為(1.1632.149)105W/m2。得到關(guān)系式非圓形通道關(guān)系式23式中式中24環(huán)形通道下求得的值與Marchaterre（泡狀流）、Cook（泡狀流）、Egen（泡狀流）以及Hoglund（泡狀流）等的數(shù)據(jù)相比較，符合得很好。對于棒束通道，當(dāng)由泡狀流過渡到彈狀流時，觀察到空泡份額有一個峰值，這可能是由于鄰近子通道間存在紊流交混和橫向流動影響的緣故；在彈狀流與環(huán)狀流區(qū)，具有較大的擾動波。4根棒束的值比圓管與同心環(huán)形通道下的值要低約5；7根棒束時，則要低約10。環(huán)形通道下求得的值與Marchaterre（泡狀流）、Co25在加熱沸騰通道中，若加熱壁面溫度高于液相飽和溫度一定值，盡管此時流道中主流溫度并未達(dá)到飽和溫度