气液两相流

系统内即无压力梯度和温度梯度，且该系统内所
有共存相内也无化学势梯度时的状态。满足力学平衡、
热平衡和化学平衡。
（2）热平衡方程 饱和水焓
汽化潜热
i is rx
式中，i是流道某截面上两相流体的焓值，那么
x i is' r
（3）讨论
当 i is, x 0,t ts ，两相流动处于欠饱和态，
V V V M M

液相容积流量， m3/s ：
V M

气相容积流量, m3/s ：
V M

M V
M V
2.容积流量、相速度和折算速度
液相真实平均速度，m/s：
W


V A

M
A
过冷（欠热）沸腾或单相；
当is i is,0 x 1, t ts ，两相流动处于饱和
沸腾，这时热平衡含汽率等于质量含汽率；
当 i is, x 1,t ts ，过热蒸汽，单相汽体。
3.容积含气率β
指单位时间内流过某一截面的两相总容积中，气
相所占的比例份额。
V V
0.5

对比上面四种比， 容表达式,当S=1时，则有
A M 。 E m
o m
两相流特性参数的分类
(1) 流动参数： 可根据物质平衡或热平衡关系计算得到的
参数
x, , k; j, jg , j f ; wo,G; m,m; M , M , M ,V ,V ,V ;
截面上的两相流容积流量，m/s。它也表示两相流的平
均速度。
V V V
J

A
A

A
Jg
Jf
式中，Jg为气相折算速度，表示两相介质中气相单独流
过同一通道时的速度,m/s.
Jg

V A

V
A
W
W J g

Jf为液相折算速度，表示两相介质中液相单独流

Jg

J
液相漂移通量：
J fm

A W
A
J

1 W
J

Jf
1 J

J

Jg
J gm J fm
4.循环速度和循环倍率
循环速度：与两相混合物总质量流量M相等的液相 介质流过同一截面的通道时的速度。
Wo

M
A


Jg

J
f
J J f J g Wo (1 )J g
1.2 气相介质含量
1.2.1 定义 气相介质含量表示两相流中气相所占的份额。
1.2.2 几种表示方式
1.质量含气率x 单位时间内，流过通道某一截面的两相流体总质量
M中气相所占的比例份额。 x M M M M M
式中，M 、M分别表示气相和液相的质量流量，kg/s。
混合物的总质量,kg/s. M M M
总质量流速G：又称为质量流密度，指流道单位截 面通过的质量流量,kg/m2.s.
G M A
每一相的质量流速与总质量流速的关系
G G G M M (1 x)G xG AA
2.容积流量、相速度和折算速度
总容积流量：单位时间内，流过通道任一流通 截面的气液混合物的总的容积，m3/s。
那么，质量含液率(湿度)可以表示为
1 x M M M M M
2.热力学含汽率x （干度）
又称为热平衡含汽率，它是由热平衡方程定义的 含汽率。在有热量输入的两相流系统中，可以根据输 入的热量得到汽相的含量。
（1）热力学平衡（thermodynamic equilibrium)
A A
A A A
式中，A ，A 分别表示气相和液相所占的流道
截面积，m2。同理，截面含液率（1-α)
1 A
A
(1)和的区别
是容积流量比，表示流过通道的气相容积份额；
是体积比，表示存在于通道中的气相容积份额。
(2) ,和x的关系
M
(2) 真实流动特性参数： 代表流体流动时真实流动特性的参数，
这类参数与两相流体的相对运动有关，有
; w, w; s; o ,A，M ,E ; wgm , wfm , jgm , j fm ;
本章小结
1. 何谓两相流？ 两相流的分类？ 2. 有关含气率、速度、密度、比容定义及计算式。 3. 两相流特性参数的分类 4. 何谓热平衡？ 5. 滑速比与各参数的关系
W J W
3.漂移速度和漂移通量
漂移速度：各相真实速度与两相混合平均速度J的差值。
气相漂移速度：Wgm W J 液相漂移速度：Wfm W J 漂移通量：各相相对于两相混合平均速度J运动的截面
所流过的体积通量。
气相漂移通量：
J gm

A W
A
J



M M


1
1

1
x
x


（1-12）
a

A A A

1
1
1
x
W
x W
（1-13）
在两相流动系统中，两相之间会因物性不同(如密 度)存在不同程度的滑动。引入滑速比S的概念，则两相 之间滑动的大小可以表示为

G
1

气相真实平均速度, m/s：
W V M G
A A
液相： M W A 气相： M W A
折算速度：又称容积流密度，又称为表观质量
流速（superficial flow flux）, 定义为单位流道
自然循环锅炉原理
对于自然循环蒸 汽发生器，循环 流速是指上升空 间通道入口处饱 合水的流速。
循环倍率是指循 环水流量与蒸汽 产量的比值。
立式自然循环蒸汽发生器
对于蒸汽发生器而言，其循环倍率是表征其二次侧流动状
态的重要参数，它对于传热管的腐蚀、流动稳定、传热特性及
分离器工作等都有重要影响。一般认为在设计状态时应大于 4—4.5，其主要考虑的因素如下：
循环倍率：单位时间内，流过通道某一截面的两 相介质总质量与其中气相质量之比，也就是质量含气率 的倒数。
K M 1 Wo M x jg
对于沸腾通道，循环速度在 数值上等于上升管入口处水 的速度 。
循环倍率是指循环水流量与 蒸汽产量的比值。表示上升 管中实际产生一公斤蒸汽需 要的循环水流量几公斤
通流面积mdzdpdzdp全液相摩擦压力梯度与两相流总质量流量相同的液体流过通道时的压力梯度梯度单相水的摩阻系数一般按布拉修斯blasius公式计算全液相折算系数的求解全液相折算系数2平均粘度法把两相流体看作一种特殊的单相流体采用平均粘度来计算两相流体的等效摩阻系数麦克达姆mecadam计算式应用最广25西克奇蒂chcchitti计算式德克勒dukler计算式代入58式班可夫bankoff计算式计算的步骤总结dzdpgdlodzdplolodzdpdzdpdzdpdzdp1
第一章 两相流基本参数及其 计算 方法
1.1 基本概念 1.2 气相介质含量 1.3 两相流的流量和流速 1.4 两相介质密度及比容
1.1 基本概念
1.物态：在某一条件下，物质存在的一种状态。 常见的物态是气态、液态和固态。有时物态 也称之为相，常见的物质三态也称为：气相、 液相、固相。
1.传热要求：为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺 液或干涸。一般要求管束进出口处的蒸汽含量不超过20%—25%， 相当于循环倍率大于4。
2.流动稳定性：循环倍率低可能导致流动的不稳定，使流动产 生振荡，这种流动振荡现象使传热效率下降，当流动振荡的幅度 足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。
1) 截面平均比容vA
1 xvS xv vA x 1 x S
2) 动量平均比容vM
M

v 1
x
x S
v 1
xS
1
3）动能平均比容vE
vE


xv S

1

x

v
2
1

x
S2 1
2). 当 S 1时，o m
S>1: , •• ,则 o m S<1: , ••则 o m
2. 两相介质的比容
单位时间内流过流道某一截面的两相介质体积和 质量之比
vm

V M

1
m
xv 1 x v
V V V
式中，V ，V 分别表示气相和液相介质的容积流量，
m3/s。那么，容积含液率（1-β）
1 V V
V V V
由定义，可以推出质量含气率x与β的关系


x

x
1 x

4.截面含气率α
又称为空泡份额。指两相流某一截面上，气相 所占截面与总流道截面之比。
3.管材腐蚀：在局部滞流或低流速区，往往导致污垢沉积或浓 缩。从防止腐蚀与流动的要求出发，应适当提高循环流速，以便 在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速。
5.滑移速度和滑速比 由于气体和液体的流速不同，在两相之间存在滑
动速度(滑移速度）
Wxd W W
气体的速度与液体的速度之比称为滑速比S
S

W W

1
x
x



1 a
a

竖直下降流： W W , S 1, a 竖直上升流： W W , S 1, a
1.4 两相介质密度及比容
1.两相介质密度表示方法
1）两相介质的流动密度 m
课程目录
第一章 两相流基本参数及其计算方法（4学时） 第二章 两相流的流型和流型图（6学时） 第三章 两相流的基本方程（4学时） 第四章 截面含气率的计算（8学时） 第五章 直管的两相流压降计算（10学时） 第六章 两相流局部压降计算（2学时） 第七章 两相临界流动（4学时） 第八章 两相流流动不稳定性（2学时）
判断：下列体系哪些是单相的？哪些是
两相的？
1、水和水蒸汽 4、有沙粒的小溪
2、盐水溶液
5、油水混合物
3、氢气和氮气 6、水和冰
1.1 基本概念
2.相：通常指某一系统中具有相同成份且物理、 化学性质完全均匀部分，各相之间有明显 的界面。
3.辨别单相体系与两相体系 是否系统内各部分的性质均匀 是否存在明显的相间界面
单位时间内流过流道某一截面的两相介质质量和
体积之比。
m

M V
1
2）两相介质的真实密度 o 即单位体积内两相介质的质量，反映了存在于流 道中的两相介质的实际密度。
o 1
o 和m 的关系：
1).当S=1时, , 所以 o m ，均质流动；
气液两相流
课程简介
学时：40 学时 学分：2.5 性质：专业基础课
反应堆热工水力、核动力设备
流体力学 传热学 工程热力学
两相流动 与传热
考核方式：
闭卷答题+平时成绩
平时成绩
出勤率
作业
知识问答
参考教材：
《两相流与沸腾传热》，徐济鋆编，原子能 出版社。
《两相流与传热》D.巴特沃思等编，陈学俊， 陈听宽，曹柏林译，原子能出版社。 《两相流与沸腾传热》，鲁钟琪编，清华大 学出版社。
4.两相流：任意两个相组合在一起、且具有 相间界面的流动体系。
1.1.1 两相流的分类
（1）按化学成份分为 单组分两相流：同一种化学成分的物质的两种相
态混合在一起的流动，如水-水蒸汽、钠-钠蒸汽及冰 水混合物等。
双组分两相流：不同化学成分的两种物质处于同 一个系统内的流动，如空气-水，油-水，烟-气等。
过同一通道时的速度,m/s.
Jf
V A
V 1 W1
A
W


1
Jf


讨论
当气液两相无相对运动时
S 1,W W W J W 当气液两相存在相对运动，且 W W ，则
W J W
当气液两相存在相对运动，且 W W ，则
（2）按流道是否存在热交换可分为 绝热两相流—无相变，无相间质量交换。如汽水
分离。 加热两相流—有相变，有相间质量交换。如沸
腾，冷凝。
1.1.1 两相流的分类
（3）按两相物质所处的物态可分为 气液两相流：水和水蒸汽，水和空气 气固两相流：风沙，烟气 液固两相流：血液流动 液液两相流：两种不相溶的液体，油水混合物
S W W
显然，对于单组分的两相流， P Pcr , W W, S 1, W W, S 1, W W, S 1,
1.3 两相流的流量和流速
1.3.1 几种表达式形式 1.质量流量和质量流速 总质量流量M：单位时间内流过任一横截面的气液