第三章 多相流及其测量方法
多相流实验技术的使用方法
多相流实验技术的使用方法多相流实验技术是研究物质在多相条件下流动特性的重要手段之一。
在石油、化工、环境工程等领域广泛应用。
今天，我们将来探讨一下多相流实验技术的使用方法。
首先，多相流实验之前需要做好准备工作。
准备工作包括仪器设备的选择、实验样品的制备以及实验环境的控制等。
在仪器设备的选择方面，根据实验需求选择合适的设备，如流速计、压力传感器以及相态变化探测仪等。
对于实验样品的制备，需要注意样品的配比、混合方式以及液相、气相的性质等。
此外，为了保证实验结果的准确性，还需要对实验环境进行严格控制，如温度、湿度和压力等。
其次，多相流实验中常用的技术包括流型观测和流动参数测量。
流型观测可以通过高速摄影技术来实现，利用高速相机记录下不同流型下物质的运动轨迹和相互作用情况。
这种观测方法可以直观地展现多相流的流动特性，如气泡运动、液滴形变等。
而流动参数的测量可以通过选择合适的传感器和测量装置来实现，如流速计、压力传感器和浊度计等。
这些传感器可以帮助我们获取多相流的流速、压力、浓度等关键参数，进而分析多相流的流动规律。
另外，多相流实验技术的使用方法还包括模型的选择和实验设计。
在进行多相流实验时，我们可以选择合适的流动模型进行研究。
流动模型的选择应根据实际需求和研究领域来确定，如泡状流、液滴流、雾化流等。
不同的流动模型有不同的特点和研究对象，选择合适的模型可以更好地反映实际情况。
而实验设计是多相流实验中的另一个重要环节。
在设计实验时，我们需要考虑实验参数的选择、实验过程的控制以及数据的采集等。
合理的实验设计可以提高实验的可靠性和可重复性，确保实验结果的准确性。
此外，多相流实验技术的使用方法还需要注意实验过程的安全性和实验结果的分析。
在进行多相流实验时，我们需要遵守实验操作规程，佩戴个人防护用具，并确保实验环境的安全和稳定。
对于实验结果的分析，我们需要采用合适的数据处理方法，如平均值求取、回归分析和相关性分析等。
这些分析方法可以帮助我们从海量的实验数据中提取有用的信息和规律，为进一步的研究提供支持。
第三章 多相流流型及判别方法
体积与质量含气率：
x
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 5
第三章 多相流流型及判别方法
对于截面含气率有：
1 1 1 w 1 Al wl g 1 s 1 A w w g g l
一、两相混合物密度 气液两相混合物密度有两种表示方法： （一）流动密度
（二）体积流量 单位时间内流过管路横截面的流体体积称为体积流量。对于气液两相混 输管路有：
Q Qg Ql
二、流速 （一）气相和液相速度 气相速度： 液相速度：
wg
Qg Ag
wl
Ql Al
（二）气相和液相的折算速度 气相折算速度：
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 2
第三章 多相流流型及判别方法
y -0.6746608 x 4.2203391
x -1.028449 y 6.319154 y -0.2228661 x 3.361187
3）流型判别程序流程图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 24
第三章 多相流流型及判别方法
开始 输入已知数据 计算Bx,By,x,y P(x,y)在L1之下 吗？ 否 P(x,y)在C4及L3 之右吗？ 否 P(x,y)在L2之下 吗？ 否 P(x,y)在C2之下 吗？ 否 P(x,y)在C3之下 吗？ 否 雾状流 按流型计算相关参数 输出流型 结束 是 环状流 是 冲击流 是 气团流 是 气泡流 是 波状流 否 P(x,y)在C1之下 吗？ 是
散布流 不对称散 布流 移动床流
固定床流
图3-12 水平管液固两相流流型示意图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 18
第三章--多相流及其测量方法
解：取管道直径为流体系统的特征尺寸，则拟流体假设成立 的最小管道直径D为：
D=L/0.01=10-3/0.01=0.1m
第三章 多相流及其测量方法
9
3.2 常见的多相流的分类及特点
颗固粒相尺颗寸粒的尺统寸计、分形布状：及分布是颗粒 相按的粒重径要的物颗理粒特数性分参布数密度 颗按粒粒形径状的及颗尺粒寸质与量颗分粒布形密成度关系 颗颗密粒粒切相相：尺的结寸平晶呈均形正尺成态寸的分表颗布示粒方，式有：各种 结线晶性形平状均；粒粉径碎形成颗粒基本保 持表结面晶积形平状均；粒由径雾化产生的 1m体m积以表下面的积玻平璃均颗粒粒径及小液滴 由质于量表平面均张粒力径作用，基本呈球形； 当重力影响大时，悬浮液滴趋于 最小阻力形状。
（5）气液液、气液固和液液固多相流 。
第三章 多相流及其测量方法
4
3.2 常见的多相流的分类及特点
（1）气液两相流 气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又分为 单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相 同的化学成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生 相变，即部分液体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体；
第三章 多相流及其测量方法
主要内容如下：
一、了解多相流的概念 二、熟悉工业中常见的两相及多相流的分类及特点 三、了解多相流的基本特性参数 四、熟悉水平管中两相流的主要流型 五、了解两相流的主要参数测量方法
第三章 多相流及其测量方法
1
3.1 多相流的概念
1、相的概念
物理学:自然界中物质的态，如固态、液态和气态； 热力学：物体中每一个均匀部分，可以有固相、液相和气相，统称单相物体；
(4) 液液两相流 两种互不相溶的液体混合在一起的流动称液液两相流。 （油5田）开气采液与液地、面气运液输固、和分液离液、固排多污相中流的油水两相流，化工过程中的乳 浊液流气动体、、物液质体提和纯固和体萃颗取粒过混程合中在大一量起的的液流液动混称合气物液流固动三均相是流液；液两 相流的气工体程与实两例种。不能均匀混合、互不相溶的液体混合物在一起的共同流
多相流基础 chapter 3-homogeneous flow
1
µh
=
x
µg
+
1− x
µl
Applicability of homogeneous flow model（均 （ 相流模型的适用性） 相流模型的适用性）
（1）In fact, the gas and liquid phase velocity are not equal, they are approximately equal at the conditions of high void fraction （gas flow entraining few liquid droplets）or very small void fraction （liquid flow entraining few gas bubbles ） （2）So actually homogeneous flow model is just applicable to bubbly flow and mist flow （3）In general, the system pressure is higher, the fluid velocity is faster, and the calculation result of homogeneous flow model is better, some investigators suggest the scope of homogeneous flow model is:
dp πd 2 d πd 2 πd 2 δz − δz − τδzπd − δzρg sin θ = Gu dz 4 4 dz 4
The equation can be arranged into:
dp 4τ d 4τ 2 d 1 − = + ρg sin θ + (Gu ) = + ρg sin θ + G dz d dz d dz ρ
多相流量计原理
*
文丘里流量计 ——基本计算公式
差压式流量计的基本方程：
Qv ——体积流量； Qm ——质量流量； C——流出系数（Discharge coefficient）； E——渐进速度系数； d——节流元件内径（如喷嘴喉部）； ε——流束膨胀系数，对于液体ε=1； ρ1——节流件上游流体工作状态下的密度； ΔP—节流件前后的压差； β——节流件内径与测量管内径之比 β=d/D； D——测量管内径。
典型的测量准确度
5
准确度 重复性
6
毛液量 ±5-10%（相对误差） ±5%
气量 ±10% （相对误差） ±5%
含水率 ±2% （绝对误差） ±1%
置信度为90%
海默多相流计性能及结构 海默MFM2000 LG型（低含气型）
数据处理系统组成
压力变送器、温度变送器
双能伽马传感器
文丘里流量计
C
B
A
D
海默多相流计性能及结构 ——海默MFM2000 LG型（低含气型）
仪表测量范围
含水率测量范围 0-100%
含气率测量范围 0-15%
流量测量范围 8:1
典型的测量准确度
5
准确度 重复性
DUAL
DP
TT
PTLeabharlann DPDPQmass total
Q oil = ( 1-GVF ).( 1-WLR ) . Q total Q water = ( 1-GVF ).WLR . Q total Q gas = GVF . Q total
ag
SINGLE
3’’ Venturi Meter
GROSS FLOW
2
通过对分离器的压力控制进行气体排放并对气体进行计量
多相流检测技术110531
分相流模型（Separated flow model） 考虑两相是完全分离的两种流体，两相间存在不 同的速度和特性；适用于相间存在微弱耦合的 场合。例如气液两相流中的分层流和环状流。
自动化前沿
Zhejiang University
漂移通量模型（Drift-flux model） 基本上是分相流模型，其重点是研究相间的相对 运动。漂移通量与相间相对速度有关。适用于 弹状流等。
自动化前沿
Zhejiang University
射线法
自动化前沿
Zhejiang University
电导探针法
自动化前沿
Zhejiang University
光导探头
自动化前沿
Zhejiang University
流型的间接测量法
流型的直接测量，其结果的描述都带有主观性， 因此产生了流型的间接测量方法。流型间接测 量方法是通过对反映两相流波动特性的参数的 统计分析来获取流动状况的基本特征，从而确 定流型。（软测量技术）
水平管气固两相流的流型
自动化前沿
Zhejiang University
水平管液固两相流流型
悬浮流： 固体颗粒完全悬浮于液体中， 此时固体颗粒不与管壁接触。 管底流：固体颗粒在液体中的分布不 均称，管道上部呈悬浮状流动，管道 下半部具有更多的大颗粒，底部的颗 粒与管壁发生冲击并回弹于液流中。 动床流： 固体颗粒堆积于管底形成连 续的移动床层。 淤积流： 管道的底部存在固定的固体 颗粒床层。
自动化前沿
Zhejiang University
直接测量方法
在气液两相流试验段的二端安装二个同时动作的快关阀， 当两相混合物的流动达到稳定时，同时关闭这二个阀 门，通过气液分离便可求出二阀门间的体积平均空隙 率。这种方法准确、有效，目前主要用于实验室的两 相流研究以及对空隙率测量装置的标定。
多相流流量检测综述
1 多相流检测综述多相流是两个及以上的相组合在一起，且具有明显相间界面的流动体系。
这种现象在工业过程如能源、石油、化工、医药等中广泛存在，且起着重要的作用。
而为了对多相流进行科学研究，以及让多相流在工程实际中起到良好的作用，就需要对其过程机理和状态有清楚的描述，对其过程参数有准确的检测。
而在工业过程中，由于工程实际以及对过程监控的要求，多相流各相的实时流量检测是十分重要的，因此多相流流量也是多相流过程参数中，最为主要的需要检测与控制的参数。
多相流检测亦可根据其检测方式的不同分为直接法和间接法。
直接法可以通过直接测量检测到待测参数，而间接法需要在测量值与待测参数之间建立关系式，通过得到的测量值来计算待测参数。
而对于多相流流量的测量，既有直接测量的方法，也有间接法来测量。
2 多相流流量检测方法2.1 差压流量计差压流量计的原理是：让流体通过节流组件，在节流组件前后流体会有压力差，通过测出压力差，利用伯努利方程，就可以计算出流体的流量（流速）。
根据文丘里效应设计的文丘里流量计是多相流检测中最常见的一种。
将文丘里流量节与相含率检测装置一起使用，不但可以测得多相流的总流量，还可以得到各分相的流量。
差压流量计也有缺陷，节流组件介入了流体的流动，因此会对其流动产生干扰，进而会造成了额外的压降。
2.2 容积流量计让流体流经容积式流量计，随着流体的流动，容积式流量计会转动，而流量计每转一圈，计量室会排除体积固定的流体，记录计量室排出的流体体积及时间，通过这两者可以计算出流经流量计流体的体积流量，即流速。
从原理上看，容积式流量计的计量室转速越快，说明流体的流速越快，但在实际情况中，只有当流体流速处在一定范围内时，这种关系才存在。
容积流量计可以按照其测量组件的结构来进行分类，主要有以下几种：椭圆齿轮流量计、活塞式流量计、刮板式流量计等。
容积式测量技术有测量精度高、调节比大、输出的信号与流量成比例、不需要前置直管段的优点。
多相流量计原理课件
总结词
利用核磁共振原理，通过测量多相流体中氢原子核的磁化强度来推算各相流量。
详细描述
核磁共振多相流量计利用流过磁场的多相流体中氢原子核的磁化现象。由于不同相态物质中氢原子核的磁化强度不同，通过测量这个磁化强度，可以推算出各相流量。
VS
利用微波在不同相态物质中吸收和反射特性的差异，通过测量微波能量变化来推算各相流量。
总结词
其他多相流量计如光学法多相流量计、电阻法多相流量计等也具有各自的优缺点，需要根据实际应用需求进行选择。
详细描述
除了上述几种常见的多相流量计外，还有光学法多相流量计和电阻法多相流量计等其他类型。这些多相流量计各有其优缺点，如光学法多相流量计具有非接触式测量、测量精度高等优点，但同时也存在对流态敏感、易受光学污染影响等缺点。电阻法多相流量计具有结构简单、成本低等优点，但同时也存在测量精度低、稳定性差等缺点。因此，在实际应用中需要根据具体需求进行选择。
分类
定义
多相流在油气工业中广泛应用于油、气、水三相的测量和分离。
油气工业
化学工业
能源工业
多相流在化学工业中广泛应用于各种反应器和管道中的物质传递和热量交换。
多相流在能源工业中用于核能和热能的传递和转换。
03
02
01
准确测量多相流体的流量、成分和温度等参数，有助于优化生产过程，提高生产效率。
提高生产效率
03
CHAPTER
多相流量计的优缺点
电容法多相流量计具有结构简单、测量准确、稳定性好等优点，但同时也存在对流态敏感、易受流体物性影响等缺点。
电容法多相流量计利用电容原理来测量多相流体的流量。由于其结构简单、测量准确、稳定性好等优点，被广泛应用于石油、化工等领域。然而，电容法多相流量计对流态较为敏感，容易受到流体物性的影响，如流体的电导率、介电常数等，这可能导致测量误差。
第三章多相流及其测量方法资料重点
第三章 多相流及其测量方法
2
3.1 多相流及特性介绍
在两相流研究中，把物质分为连续介质和离散介质。 ▪连续相或流体相：气体和液体属于连续介质 ▪分散相或颗粒相：固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质
流体相和颗粒相组成的流动叫做两相流动。 颗粒 有时也把这样的两相流称为多相流。
第三章 多相流及其测量方法
6
3.2 常见的多相流的分类及特点
引入拟流体假设后，气固两相流动就如同两种流体混合物的流动，可以用 流体力学、热力学的方法来处理的问题，使两相流动的研究大为简化。 但拟流体并不是真正的流体，颗粒与气体分子之间、两相流与连续介质流 之间存在许多差异，因此使用拟流体假设时要特别注意适用条件： （1）气体分子与悬浮颗粒主要差异在于气体分子之间有很强的相互作用， 而颗粒间的相互作用很弱； （2）气体的v，其T；v时，其T ，悬浮于气体中的颗粒只能在气体 粘性力作用才能运动，而颗粒T不随颗粒v变化； （3）气体分子热运动能贡献压强，但颗粒布朗运动所贡献压强非常微小； （4） 气体中扰动通过压强波（分子间相互作用）传播，而颗粒中扰动只 能沿着颗粒轨线传播； （5）气体能膨胀、压缩，其比热可分为定压比热和定容比热，但固体颗 粒只有一个比热； 处理颗粒相运动时，某些方面把其看作流体一样，但另一些方面则必须考 虑颗粒相本身的特点。
热力学：物体中每一个均匀部分，可以有固相、液相和气相，统称单相物体；
动力学：动力学性质相近的一群物体，一种物态可能单相，也可能多相，通 常是指具有相同成份和相同物理、化学性质的均匀物质部分，也应是物质的 单一状态，如固态、液态和气态，各部分均匀的气体或液体流动可称为单相 流；
在多相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般而言，各相间有明显 可分的界面。多相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显可流动分 界面的混合物流动力学关系的特殊流动问题。
多相流
气蚀
CFX
采用均相流模型 可以考虑气相的压缩性 用户可以指定气蚀率 对体积分数采用高阶对流格式有利于收敛 先求解非气蚀结果， 先求解非气蚀结果，以次为初场计算气蚀问题 用户控制的参数 饱和压力 最大密度比，缺省值1000在通常情况下都适用 最大密度比，缺省值 在通常情况下都适用
CFX-5.7Training, 2004
CFX-5.7Training, 2004
Slide serial no 3
© 2004 ANSYS CFX
连续－离散相 连续－
CFX
一相以连续形式存在，一相以离散形式存在 如颗粒 如颗粒、 一相以连续形式存在，一相以离散形式存在,如颗粒、气泡 、液滴等。 液滴等。 例如： 例如： 空气＋ 液滴流） 雨：空气＋水（液滴流） 啤酒：液体＋气泡（气泡流） 啤酒：液体＋气泡（气泡流） 含有尘土的空气：（颗粒流） ：（颗粒流 含有尘土的空气：（颗粒流） 不相溶的两种流体： 不相溶的两种流体：如水中的油滴 可以模拟很高密度比的流体。（连续相密度/离散相密度 。（连续相密度 离散相密度＝ 可以模拟很高密度比的流体。（连续相密度 离散相密度＝ 1000，或连续相密度/离散相密度＝0.001。 ，或连续相密度 离散相密度＝ 。 离散相密度 可以模拟很大的滑移速度。 可以模拟很大的滑移速度。 常见的例子包括气泡流和流化床
CFX-5.7Training, 2004
Slide serial no 16
© 2004 ANSYS CFX
IPMT: Boiling in a Heated Vertical Pipe
CFX
CFX-5.7Training, 2004
Slide serial no 17
© 2004 ANSYS CFX
多相流的数值计算方法及应用
多相流的数值计算方法及应用多相流是研究两种或两种以上物质在同一空间内同时运动的流体力学问题。
通常，这些不同物质具有不同的性质，如密度、粘度、界面张力等。
在现实生活中，液体-气体两相流、固体-气体两相流和液体-固体两相流等都是常见的多相流现象。
由于多相流的复杂性，很难通过实验或经验法则进行分析和预测，因此数值计算方法成为研究多相流的必要手段。
多相流数值计算方法的进展多相流的数值计算方法主要包括欧拉方法和拉格朗日方法两种。
在欧拉方法中，各相的平均速度和平均状态变量在空间和时间上被模拟。
在拉格朗日方法中，物质的运动轨迹通过求解单个物质的速度和位置来模拟。
欧拉方法适用于高浓度分散相的多相流，而拉格朗日方法适用于较低浓度分散相的多相流。
随着计算机技术的发展，数值计算方法已经达到了越来越高的精度和复杂度，同时也具有了更广泛的应用。
构建数值模型所需的软件、计算资源和计算技术等方面都取得了重大进展。
以欧拉方法为例，目前常用的方法包括基于有限体积法、有限元法、谱方法、网格法以及混合方法等。
在这些方法中，基于有限体积法的方法最为常见。
而在拉格朗日方法中，最常见的方法是以质点法（PPM）为代表的基于粒子的方法和以Feynman-Kac方程为基础的Monte Carlo方法。
多相流数值计算方法的应用多相流在实际生产和生活中有着广泛的应用。
通过对多相流的数值计算模拟，人们可以更好地理解多相流的现象并加以优化，其中的一些应用包括：1.船舶航行在低温海洋环境下，水下的冰霜容易固定在船舶舞台上，导致航行受阻。
借助数值计算方法，研究者可以模拟冰霜在船身表面的生长过程，并提供适当的解决方案，以优化航行效率。
2.原油运输原油运输管道内经常存在较高浓度的沉积物，这些沉积物不仅增加了系统的能量损失，并且会影响燃油的品质，同时也影响了原油的采集和精炼。
基于多相流数值计算方法的优化设计，可以实现管道系统的流体化，并提高生产效率。
3.化学反应器在化学反应器中，反应液的不同组分往往对应着液体、气体以及相变等多种现象。
多相流参数的测量技术
起流动的微粒上时, 产生的散射光频率和入射 光频率
之偏移( 称多普勒频移) , 与流体速度成正比, 因而只要
测出多普勒 频移就 可确定微 粒的, 亦 即流体 的流速。
微粒可以是夹在气流中的液滴, 夹在液流中的 气泡和 夹在气流或液流中的固体颗粒等任一形式。而相关法
测速度是在流动的上下流各布置一个传感器, 就可以
R 12( S) 在 Sm 处达到最大, 为渡越时间, 于是流动速度
v 为:
v=
L 12 Sm
( 2)
式中: L 12为上下游两个传感器之间的距离。
( 2) 节流法测量流量。节流装置是测量单 相流量
的基本元件之一。它的工作原理是在管路上安装静态
混合器, 当油气水三相混合物通过节流装置时, 由于静
态混合器的混合作用, 在节流装置处油气水三 相混合
物可以看作为单相流体, 它具有三相混合物的 物理性
质。节流装置前后的静压差与三相混合物的流量及分
相含率等因素有关。
Qm=
A
$p Qm
( 3)
式中: Q m 为三相混合物的体积流量;
A为流量系数;
为可压缩系数;
$p 为节流装置前后的静压差;
Qm 为三相混合物的密度。
( 3) 利用 CYG19 型 小差 压 传感 器测 量 压 力降。
测量与设备
由误差理论可知, 当
若测量数据 Ri 的分散度较大, 则表明所测弧段与
| $R i | E 3RR
( 8)
时, 可以认为 Ri 是一个有粗大误差的半径测量值, 可
圆弧有较大的不同, 可以断定它不是一个圆弧, 此时 R 无实际意义。
能是由于测量不当引起, 应当剔除。剔除粗大 误差之 后, 应重新计算 R 及 RR 值。重复上述过程, 可以较准
第三章 多相流及其测量方法
2、多相流的引入
单相流与多相流： 在物理学中物质有固、液、气和等离子四态或四相，若不计电磁特性，也可把等 离子相并入气相类。 单相流：单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气体或液体的流动也 属于单相流。 多相流：同时存在两种及两种以上相态的物质混合体流动就是两相或多相流。 在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形 状等来区分，即不同的化学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同 的相。
第三章 多相流及其测量方法
9
3.2 常见的多相流的分类及特点
固相颗粒尺寸、形状及分布是颗粒 颗粒尺寸的统计分布： 相的重要物理特性参数 按粒径的颗粒数分布密度 按粒径的颗粒质量分布密度 颗粒形状及尺寸与颗粒形成关系 颗粒相尺寸呈正态分布 密切：结晶形成的颗粒，有各种 颗粒相的平均尺寸表示方式： 结晶形状；粉碎形成颗粒基本保 线性平均粒径 持结晶形状；由雾化产生的 表面积平均粒径 体积表面积平均粒径 1mm 以下的玻璃颗粒及小液滴 质量平均粒径 由于表面张力作用，基本呈球形； 当重力影响大时，悬浮液滴趋于 最小阻力形状。
单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相
同的化学成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生 相变，即部分液体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体； 双组分工质(如空气-水气液两相流)：两 相各具有不同的化学成分，气液两相流一
般在流动中不会发生相变。
根据换热情况不同，可分为与外界无加 热或冷却等热量交换绝热多相流或有热量 交换的多相流。
第三章 多相流及其测量方法
3
3.2 常见的多相流的分类及特点
1、常见的两相及多相流
（1）气液两相流； （2）气固两相流 ； （3）液固两相流 ； （4）液液两相流 ； （5）气液液、气液固和液液固多相流 。
多相流测量
Dai C
Dai C
f j ( x0 , y0 , z j , t0 ) 0
ai pz ( x0 , y0 , t 0 )
pz
1 ( gradf j / z ) L j
f j
ait ( x0 , y0 , z0 ) 2 N t
1 1 Vij cos j
单位时间内，通过 (x0, y0, z0)的气泡数，2 表示气泡两个界面 稳态充分发展两相流的界面浓度的各态遍历假设 (Ergodic Theory) 界面移动速度
电阻抗法
A Al g 2 l A 2A l g l
液体的电导率 导纳数（阻抗的倒数）
I I 0 e z
ln I ln I l ln I g ln I l
射线在介质内 行进距离 衰减系数 缺点：安全操作， 在低空隙率下误差较大 纯液体时衰减系数
f 1 ( gradf j / tj ) j
1 1 1 1 l cos( ) Vij cos( j )
Dai C
Dai C
日本多相流学会 2002年会议论文部分题目
电导探针法测量界面浓度
ns 2
后端探头
超声波现象及其应用 利用超声波紫外线处理难分解的物质 高温排气中微粒在超声波处理时的现象机理，除NO的改善 气液、气液固多相流反应装置中的现象及其应用 采用气提泵使海水吸收CO2研究 蘑菇养殖时营养液中采用气泡柱时的气液固流动 流化床中管群周围的流动和传热 电解过程中的气液两相流动现象 前端探头 界面现象 液体降膜的3维波形结构和传热特性 垂直管内气液两相流动管经对空隙度的影响
Vskj
ait
S k t kj
多相流量计测试规程
多相流量计测试规程一、引言多相流量计是一种用于测量流体中多种组分的含量和流量的仪器。
在石油、化工、能源等领域中具有广泛的应用。
为了保证多相流量计的准确性和可靠性，需要制定相应的测试规程进行测试。
本文旨在制定一份全面详细、完整且深入的多相流量计测试规程，以确保测试工作的准确性、操作规范性和数据可靠性。
二、测试目的本次测试的目的是对多相流量计进行全面的性能测试，包括其准确度、稳定性、重复性等指标的评估。
通过测试，验证多相流量计是否满足设计要求，并提供可靠的测试数据。
三、测试范围本次测试的范围包括：1.多相流量计的准确度测试2.多相流量计的稳定性测试3.多相流量计的重复性测试四、测试方法4.1 准确度测试准确度测试旨在评估多相流量计的测量结果与实际值之间的偏差。
测试方法如下：1.确定测试流体的组分，包括气相、液相和固相的比例。
2.搭建测试设备，包括流量计、数据采集系统等。
3.运行测试流体，并记录多相流量计的测量结果。
4.与已知的标准值进行比较，计算偏差。
4.2 稳定性测试稳定性测试旨在评估多相流量计在不同时间段内的测量结果的一致性。
测试方法如下：1.将测试流体恒定地通过多相流量计，并持续一段时间。
2.使用数据采集系统记录多相流量计的测量结果。
3.分析测量结果的波动程度，以评估多相流量计的稳定性。
4.3 重复性测试重复性测试旨在评估多相流量计在相同条件下的测量结果的一致性。
测试方法如下：1.确定测试条件，包括流量、压力、温度等。
2.重复多次进行测试，记录每次测试的测量结果。
3.分析测量结果的离散度，以评估多相流量计的重复性。
五、测试设备和仪器本次测试所用的设备和仪器包括：1.多相流量计2.数据采集系统3.压力计4.温度计5.流量控制装置六、测试记录和数据处理在测试过程中，需要详细记录每次的测试条件、设备和仪器的使用情况以及测量结果。
同时，对测试数据进行整理和处理，计算准确度、稳定性和重复性等指标的数值。
多相流测量方法
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在现实的工业制造与环境监控领域，多相流测量技术展现出了广泛的实用价值，其精确度的测量直接关系到提升生产效能和环境保护的关键性。
多相流动实验的使用方法详解
多相流动实验的使用方法详解在科学研究和工业应用中，多相流动实验扮演着至关重要的角色。
多相流动实验用于研究和分析流体中不同相态之间的相互作用，如气体与固体颗粒、气体与液体、液体与液体等相互作用。
本文将详细介绍多相流动实验的使用方法，包括实验准备、设备选择、实验操作等方面。
一、实验准备在进行多相流动实验之前，首先需要进行充分的实验准备工作。
确定实验目的和研究对象，明确所需参数，例如流速、浓度、温度等。
根据实验目的选择合适的实验设备和仪器，如液相色谱仪、粒度分析仪、压力计等。
同时，需要选择适当的实验条件和环境，确保实验结果的准确性和可靠性。
二、设备选择多相流动实验中，设备的选择直接影响实验结果的可靠性。
不同的实验目的和要求，需要选择不同的设备。
例如，如果要研究床层流动状态，可以选择垂直管道实验设备或床层流观察仪。
如果要研究气液两相流动的相互作用，可以选择液体环境内的气泡柱或气液两相流振荡流道。
根据实验需求，选择合适的设备是保证实验成功的关键。
三、实验操作进行多相流动实验时，需要严格按照实验操作程序进行。
首先，正确安装和连接实验设备，如垂直管道、观察窗口等。
然后，根据实验需求和所测参数的不同，设定相应的实验条件，如流速、温度、压力等。
在实验过程中，需要仔细观察和记录实验现象，及时调整实验参数，确保实验结果的准确性。
四、实验分析实验完成后，需要对实验结果进行充分的分析。
首先，对实验数据进行整理和归纳，如绘制流速-压力曲线、浓度-时间曲线等。
然后，根据实验目的和参考文献，进行结果分析和对比，得出实验结论。
在实验分析过程中，还可以利用数值模拟和实验图像分析等方法，进一步深入研究多相流动的机制和规律。
五、实验安全在进行多相流动实验时，安全问题是需要重视的。
首先，需要确保设备和仪器的使用安全，如防止泄漏和短路等。
其次，需要正确使用实验材料和试剂，避免对环境和人身造成危害。
在实验过程中，及时发现和处理安全问题，确保实验人员的人身安全。
第三章 多相流流型及判别方法
液相折算速度：
Ql wsl A
（三）气液两相混合物速度 Q g Ql wm A （四）气液两相混合物的质量流速 G wG A 三、滑差和滑动比 w wg wl 滑差：
多相混输技术的研究及其应用 2013-7-11 3
第三章 多相流流型及判别方法
滑动比：
f
（二）真实密度
G Q
Al g 1 Al l
Al
g 1 l
六、两相混合物粘度 （一）杜克勒（Dukler）计算式：
多相混输技术的研究及其应用 2013-7-11 6
第三章 多相流流型及判别方法
m g (1 )l
第三章 多相流流型及判别方法
多相流中各相介质的分布情况称为流型（又称多相流流动结构）。 在多相流分析中，最核心的部分是多相流的流型确定。流型不同，多相 流动的流动特性和传热、传质性能均不同。下面以石油工业中广泛应用 的气—液两相流、液—液两相流、气—液—液三相流的流型分析为例， 讨论多相流的流型及其判别方法。
多相混输技术的研究及其应用 2013-7-11 21
第三章 多相流流型及判别方法
1.E+06 L1 C3 弥散流 C4 1.E+05
2 G g /Aθ ，千克/(米 .时)
波浪流 C1 环状流 C2 冲击流 气泡流
1.E+04 L2 L3
分层流 1.E+03 气团流
1.E+02 1.E-01
1.E+00
第三章 多相流流型及判别方法
1、水平不加热气液两相流流型
气泡流
塞状流
分层流
波状流
弹状流
环状流
第三章 多相流及其测量方法
单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相
同的化学成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生 相变，即部分液体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体； 双组分工质(如空气-水气液两相流)：两 相各具有不同的化学成分，气液两相流一
般在流动中不会发生相变。
根据换热情况不同，可分为与外界无加 热或冷却等热量交换绝热多相流或有热量 交换的多相流。
第三章 多相流及其测量方法
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3.2 常见的多相流的分类及特点
3、两相流动力学的发展简史
两相流现象不论是在自然界还是生产实践中都到处存在。 两相流动力学20世纪60年代开始迅速发展，并在80~90年代才逐渐形成的一个新 的学科分支，可是同两相流有关的问题很早以前人类就在生产和生活中遇到，并 提出了各种解决办法，积累了许多经验。 18世纪中叶 Watt( 瓦特 ) 发明蒸汽机以来，由于缺乏气液两相流与传热 方面的知识曾经发生过不少工业事故，如早先一些蒸汽轮船和蒸汽机车 的锅炉爆炸事件促使人们去研究锅炉内的水循环和传热问题。 1877年 Bomsinese已经较系统地研究明渠水流中泥沙的沉降和输运。 19 世纪末和 20 世纪初，已有一些论文论述了船用锅炉中的水循环与传 热特性，有的还论及了气液两相流体流动时发生的脉动问题。 1910 年 Mallock 研究过声波在泡沫液体中传播时强度的衰减。 1920~1940 年间，发表了有关气液两相流不稳定性以及锅炉水循环中气 液两相流动问题的经典性研究论文。但许多经验和研究成果都分散在各 个生产部门，交流不多。 20 世纪 40 年代以后有意识地总结归纳所遇到的各种现象和规律，用两 相流的统一观点系统地加以分析研究。 两相流的名词 (two-phase flow) 在 1949 年已见诸文献。
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3.2 常见的多相流的分类及特点
（2）气固两相流 气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 自然界和工业过程中气固两相流比比皆是：空气中夹带灰粒与尘土、沙漠 风沙、飞雪、冰雹，在动力、能源、冶金、建材、粮食加工和化工工业中 广泛应用的气力输送、气流干燥、煤粉燃烧、石油的催化裂化、矿物的流 态化焙烧、气力浮选、流态化等过程或技术。 拟流体假设： 严格地说，固体颗粒没有流动性，不能作流体处理。但当流 体中存在大量固体小粒子流时，如果流体的流动速度足够大，这些固体粒 子的特性与普通流体相类似，即可以认为这些固体颗粒为拟流体，在适当 的条件下当作流体流动来处理。 在流体力学中，尽管流体分子间有间隙，但人们总是把流体看着是充满整 个空间没有间隙的连续介质。由于两相流动研究的不是单个颗粒的运动特 性，而是大量颗粒的统计平均特性，虽然颗粒的数密度 ( 单位混合物体积 中的颗粒数 ) 比单位体积中流体分子数少得多 ( 在标准状态下，每cm3体 积中气体分子数为 2.7×1019 个 ) ，但当悬浮颗粒较多时，人们仍可设想 离散分布于流体中颗粒是充满整个空间而没有间隙的流体。
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3.2 常见的多相流的分类及特点
引入拟流体假设后，气固两相流动就如同两种流体混合物的流动，可以用流体力 学、热力学的方法来处理的问题，使两相流动的研究大为简化。 但拟流体并不是真正的流体，颗粒与气体分子之间、两相流与连续介质流之间存 在许多差异，因此使用拟流体假设时要特别注意适用条件： （1）气体分子与悬浮颗粒主要差异在于气体分子之间有很强的相互作用，而颗粒 间的相互作用很弱； （2）气体的v，其T；v时，其T ，悬浮于气体中的颗粒只能在气体粘性力 作用才能运动，而颗粒T不随颗粒v变化； （3）气体分子热运动能贡献压强，但颗粒布朗运动所贡献压强非常微小； （4） 气体中扰动通过压强波（分子间相互作用）传播，而颗粒中扰动只能沿着 颗粒轨线传播； （5）气体能膨胀、压缩，其比热可分为定压比热和定容比热，但固体颗粒只有 一个比热； 处理颗粒相运动时，某些方面把其看作流体一样，但另一些方面则必须考虑颗粒 相本身的特点。
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3.2 常见的多相流的分类及特点
在气体动力学中，通常认为/S<0.01时，连续性假设才使用 （其中为气体分子平均自由行程，S为流动系统的特征尺寸， 在两相流动中，由于颗粒的布朗运动较弱，可以认为 L/S<0.01，其中L为颗粒质心间的距离。
例：管道输送煤粉，已知颗粒间距为10-3m,试求拟流体假设成 立的最小管道直径。
动力学：动力学性质相近的一群物体，一种物态可能单相，也可能多相，通 常是指具有相同成份和相同物理、化学性质的均匀物质部分，也应是物质的 单一状态，如固态、液态和气态，各部分均匀的气体或液体流动可称为单相 流；
在多相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般而言，各相间有明显 可分的界面。多相流就是指必须同时考虑物质两相共存且具有明显可流动分 界面的混合物流动力学关
根据拟流体假设，颗粒相的密度可以和连续介质的密度一样定义：
对于气体，为了得到统计平均值波动小于1%，极限容积中应包含104个气体分子。 标准状态下包含104个气体分子的容积是0.1um3。对于实际工程应用，这个尺寸比 气体流动系统的特征尺寸小得多，可以把这个容积看成一个点，因此气体可以看 成是连续介质。 对于两相流，以悬浮于空气中煤粉颗粒为例，气固比为1时包含104个颗粒的立方 体的边长与颗粒直径之比为102，如果煤粉颗粒直径为100um，则立方体的边长为 1cm，这个容积比标准状态下的气体极限容积大得多。但如果流动系统特征尺寸 远大于这个尺寸，仍可把该容积看成一个点，及把颗粒视为连续介质。
状等来区分，即不同的化学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同
的相。
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3.1 多相流及特性介绍
在两相流研究中，把物质分为连续介质和离散介质。 连续相或流体相：气体和液体属于连续介质 分散相或颗粒相：固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质
流体相和颗粒相组成的流动叫做两相流动。 颗粒相可以是不同物态、不同化学组成，不同尺寸或不同形状的颗粒， 有时也把这样的两相流称为多相流。
两相流流动可以是同一方向流动的“同向流动”，也可能在相反方向的“反向 流动”，及介乎两种流动之间的流动，如气液两相流中液相平均流速为零，或 液相的平均速度与气相速度垂直的流动。
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3.2 常见的多相流的分类及特点
1、常见的两相及多相流
（1）气液两相流； （2）气固两相流 ； （3）液固两相流 ； （4）液液两相流 ； （5）气液液、气液固和液液固多相流 。
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3.2 常见的多相流的分类及特点
（1）气液两相流 气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又分为 单组分工质(如水-水蒸气的汽液两相流)：汽、液两相都具有相同的化学 成分，汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生相变，即部分液 体能汽化为蒸汽或部分蒸汽凝结成液体；
双组分工质(如空气-水气液两相流)：两相各 具有不同的化学成分，气液两相流一般在流动 中不会发生相变。
2、多相流的引入
单相流与多相流：
在物理学中物质有固、液、气和等离子四态或四相，若不计电磁特性，也可把等
离子相并入气相类。
单相流：单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气体或液体的流动也
属于单相流。
多相流：同时存在两种及两种以上相态的物质混合体流动就是两相或多相流。
在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形
第三章 多相流及其测量方法
主要内容如下：
一、了解多相流的概念 二、熟悉工业中常见的两相及多相流的分类及特点 三、了解多相流的基本特性参数 四、熟悉水平管中两相流的主要流型 五、了解两相流的主要参数测量方法
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3.1 多相流的概念
1、相的概念
物理学:自然界中物质的态，如固态、液态和气态；
热力学：物体中每一个均匀部分，可以有固相、液相和气相，统称单相物体；