两相流的流型和流型图课题

其次章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探讨流型的意义一.何谓两相流的流型?单相流与两相流的区分？1.单相流流态分三种：层流，过渡流，湍流2.气液两相流体在流淌过程中，两相之间存在分界面，这就是两相流区分于单相流的重要特征。3.两相流中相间界面的形态和分布状况，就构成了不同的两相流流型。三.影响流型的因素1.x,P,G;2.是否受热（非绝热）；3.流淌方向；4.流道结构。1.流型影响流体的换热特性；2.流型影响压降特性；3.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。二.探讨流型的意义2.2垂直上升管中的流型泡状流一.垂直上升不加热直圆管1.泡状流(1)特征：1)液相连续，气相不连续；2)气泡多数呈球形；3)管子中心气泡密度大，有趋中效应。(2)出现范围：主要出现在低x区，在中低压状况下，出现在；高压状况下，较大仍为泡状流，2.弹状流(1)特征1)大气泡与大液块交替出现，头部呈球形，尾部扁平，形如炮弹；2)气弹间液块向上流淌，夹有小气泡；3)气弹与管壁间液层缓慢向下流淌。(2)出现范围1)低压、低流速,，低压时气泡长度可达1m以上；2),不能形成大气泡，当P>10MPa时，弹状流消逝；3)出现在泡-环过渡区。弹状流3.乳沫状流(搅混流）(1)特征1)裂开的气泡形态不规则，有很多小气泡夹杂在液相中；2)贴壁液膜发生上下交替运动，从而使得流淌具有震荡性。(2)出现范围它是一种过渡流，一般出现在大口径管中，小口径的管中视察不到。乳沫状流4.环状流(1)特征1)贴壁液膜呈环形向上流淌；2)管子中部为夹带水滴的气柱；3)液膜和气流核心之间存在波动界面。(2)出现范围1)在P<Pcr，0<x<1下都可能出现；2)发生在气相流速较高时。5.细束环状流当液相流速较大时，气柱中液滴量增多，使小液滴连成串，向上流淌。与环状流不易区分。环状流1.流型的演化在受热管中，流型沿途发生变更，受热管中可能同时存在几种流型。2.留意两个问题(1)流型的演化须要确定时间和距离；高q下：环状流区域较大，流型演化时间较短；高P下：P>10Mpa，弹状流消逝，流型干脆从泡状流向环状流转变。(2)绝热管中不会出现雾状流。二.垂直上升加热直圆管中的流淌型式三.流型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.坐标参数横坐标：分液相动压头

纵坐标：分气相动压头2.3垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图

1.泡状流2.弹状流3.下降液膜流4.带气泡的5.块状流6.雾式环状流下降液膜流一.流型的分类1.泡状流特征:1)气泡集中在管子中心部分2)气泡尺寸更小，更接近于球形。2.弹状流若，则气泡将聚集成气弹。特征：1)气弹较长，尾部呈球形；2)下降流时贴壁面液膜向下流淌，故比上升流时稳定。3.环状流(1)下降液膜流

当小时，有一层液膜沿管壁下流，核心部分为气相，液膜中无气泡。(2)带气泡的下降液膜流

当时，由于惯性的作用，气相将进入液膜。(3)块状流

当较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。(4)雾式环状流

当较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。二.流型图1.试验条件空气和多种液体混合物,di=25.4mm,P=0.17MPa2.坐标参数横坐标

纵坐标一.水平不加热管中的流淌型式1.泡状流气泡趋于管道上部，下部较少。其分布与流速关系很大。液相流速增大，分布趋于匀整。2.塞状流气泡聚结长大而形成气塞，与垂直上升流中弹状流相像。大气塞后有小气泡，由泡状流过渡而来。2.4水平管中的流淌型式3.分层流(1)出现在都比较小的状况；(2)两相完全分别，气相在管道上方流淌；(3)气液之间有明显的分界面。4.波状流气相流速足够高时，由于气相的作用，在界面上产生一个扰动波，扰动波向前推动向波浪一样，形成波状流。5.弹状流在波状流基础上，随着气相流速的增加，会使这些扰动波遇到流道的顶部表面，形成气弹。6.环状流受重力作用，周向液膜厚度不匀整。出现在气相流速较高、流量比较大，而液相流速较低时。当壁面粗糙时，液膜可能不连续。水平不加热管中的流型图片二.水平加热管中的流淌型式1.单相流2.泡状流3.塞状流4.弹状流5.波状流6.环状流流型演化与P、q、Wo亲密相关P：当P很高时，塞状流和弹状流消逝；q：q较大，环状流所占范围扩大；Wo：Wo高，惯性作用增加，可消退波状状流，流型不对称性减小，接近竖直管中的流型。留意：从工程角度，避开水平布置；当水平布置时，须要提高入口水的流速，使Wo>>1m/s，可避开波状流。流型图遵循四原则简易性原则主导性原则适用性原则发展性原则竖直不加热管中的流型图片水平不加热管中的流型图片2.9管内沉没和流向反转过程的流型一.气液两相逆向流淌的两种极限现象沉没（液泛）、流向反转（回流）二.沉没和流向反转现象注水器气体底桶1.气体流量由零起先增加液体图2-31沉没过程的压降和流量变更沉没过程试验现象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，达到某一点时，气体将全部液体带出试验段，此点称为液体被全部携带点。2.气体流量渐渐削减当气体流量降到某一值时，液膜起先回落到注水器以下，此点称为流向反转点。在流向反转点后接着削减气体流量至某一值时，全部液体恢复向下流淌，这点称为沉没消逝点。沉没消逝点与沉没起先点所对应的气体流量不相等，沉没消失点所对应的气体流量比沉没开始点对应的气体流量小，这种现象称为沉没消逝滞后。2.探讨沉没和流向反转的重要性2.探讨沉没和流向反转的重要性1）反应堆出现破口事故时，安注系统的投入，须要避开沉没产生的条件，保证冷却水进入堆芯，冷却燃料棒；

2）破口事故时，一回路循环工质将沿与蒸汽发生器底部相连的水平管流回反应堆，在自然循环作用下带出堆芯热量，此时会在水平管处产生气液逆向流淌，可能会发生沉没现象，因此对水平管内沉没现象发生条件还需进一步的探讨。

和反映了惯性力与重力的比值3.沉没和流向反转过程的表达式引入两个无量纲量1）发生沉没(液阻)的条件2）发生流向反转的条件3）液体被全部携带点判定条件式中，m和c是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可由试验来确定。一般状况下，m<1,c<1.(2)低液相流速下，空泡份额

（Taitel等（1980年）)

1.泡状流-弹状流的过渡

(1)气泡的聚结机理.气泡在碰撞聚结过程引起气泡的长大，并最终使泡状流过渡到弹状流。确定过渡的关键使气泡碰撞聚结的频率。2.10流型之间的过渡(3)高液相流速下，液相紊流应力起着离散气相，阻碍气泡聚合的作用，当紊流应力作用大于气泡受到的浮力时，将阻挡泡状流向弹状流的转变.2.水平管中分层流淌的出现范围(1)气相速度高，使分层面出现波浪，形成弹状流。消退分层流淌的蒸汽界限速度如下式表示：(2)波的失稳机理.波状分层流向间歇流之间的过渡是由于气相通过波形交界面的波峰处受到加速，产生局部压力着陆，使峰部同时受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效应时，波峰便会扩大，产生流型的过渡。Wallis依据试验数据给出了弹状流起始条件为：3.弹状流-乳沫状流过渡(1)沉没机理上升的气流使平稳的气液界面遭到破坏，下降的液膜产生流向反转从而破坏了稳定的弹状流。这个机理最早是由Nicklin和Davidson提出的，可以接受沉没关系式表达这一过渡。(2)液柱失稳机理(Taitel)(3)泰勒气泡尾流影响机理（Mishima&Ishii）4.乳沫状流-环状流过渡乳沫状流向环状流的过渡可以用流向反转来表示。其判别式与上一节相同。5.环状流-细束环状流过渡这个过渡不太简洁辨别，沃利斯（Wallis）经过试验提出了一个近似表达式当这个公式满足时，就是这个过渡的起先。6.威斯曼的判别方法接受Weisman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；2.令，依据流型图进