气液两相流 第3章-流型
气液两相流课件
5.2 均相流模型的摩擦压降计算
一.均相流模型计算法
➢ 两相摩擦压力梯度
dp f Ph 0
dz A
对于圆管，控制体周界长度(m)：Ph D
通流面积(m2)：A D2
4
流体与壁面的摩擦剪应力(N/m2)：
o
f
m j2
全气相摩擦压降梯度
dPf dz
l
分液相摩擦压降梯度
dPf dz
g
分气相摩擦压降梯度
dPfl 液相部分摩擦压降梯度 dz
dPfg 分气相摩擦压降梯度 dz
2 lo
全液相折算系数
2go 全气相折算系数
2 l
分液相折算系数
2g 分气相折算系数
dPf 两相摩擦压降梯度 dz
X 2 马蒂内里参数
5
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
6
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。
11
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。
那么，质量含液率(湿度)可以表示为
4
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）
气液两相流实验指导
实验三气液两相流实验气液两相流是近几十年发展起来的一门新学科，在热能、动力、化工、核能、制冷、石油、冶金、航空航天、气力输送、液力输送、叶轮机械、生物技术、电子设备冷却等领域均有重要应用，已经成为研制、设计和运转这些重要工业关键设备的必备理论知识。
通过气液两相流的实验研究，是掌握气液两相流规律的基本方法。
本实验指导书根据目前已有的科研成果和国内外有关的成就，结合热能工程专业特点，针对大型电站锅炉中的水动力问题，制定如下实验内容：①垂直上升管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；②倾斜管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；③气液两相流流经孔板的流型；④气液两相流流经文丘里管的流型；⑤水平集箱和垂直并联管的管道系统通过以上实验内容，希望能达到下列目的：①了解大型电站锅炉中的水动力特性和两相流基本现象；②能够从基本原理与动手实践的角度切实训练学生进行实验的基本能力，使学生知其然、也知其所以然；③使学生从实验设计、仪器选型、实验操作、数据提取与分析处理等各个环节能够训练出真正的实验技能，能够完成合格的实验报告。
实验1 垂直上升管中气液两相流特性实验一、实验目的：1. 在大型电站锅炉中垂直布置的锅炉水冷壁管被广泛应用，本实验将模拟其两相流现象和水动力特性；2. 通过观察垂直上升管中气液两相流的流型,进一步加深了解垂直上升管中气液两相流型的特点；3. 对垂直上升管中气液两相流的压力降有比较直观的认识，并掌握垂直上升管中气液两相流的压力降的计算方法；二、实验仪器：仪器名称型号参数范围磁力泵50CQ-50 130L/min空气压缩机V-1.2/10 1.2m3/min电磁流量计MF/E2004011100EH11 282.6 L/min涡轮气体流量计CP 32700-10 1-5L/min涡轮气体流量计CP 32700-16 5-50 L/min涡轮气体流量计CP 32700-22 50-500 L/min差压变送器1151DP4E22B3 10KPa差压变送器1151DP5E22B3 100KPa压力变送器1151GP6E22B3 300KPa三、实验原理图：11164445231298101371381 水箱2 空气压缩机3 磁力泵4 涡轮流量计 5电磁流量计 6 气液混合器7 减压阀 8 调节阀 9截止阀 10球阀 11 水集箱 12 针阀 13 过滤器四、实验任务：1.观察垂直上升管中气液两相流的流型：(1)打开系统电源，使气体、液体流量计预热2分钟；然后打开采集程序，记下采集程序上显示的气路和水路温度（根据此温度查出水和空气的密度）；(2)打开磁力泵，将主路的调节阀开度调小和旁路的调节阀开度调大,同时将垂直上升管实验段水路的球阀开启，使水缓慢地流过实验段，直到取压管内大体上充满水为止；(3)关闭磁力泵和水路的球阀,打开空气压缩机和气路的球阀,将50-500L/min涡轮流量计一路的针阀开启，调节针阀开度,使涡轮气体流量计所测得的体积流量保持在300L/min；打开磁力泵，调节主路和旁路的调节阀开度,将主路阀门开度达到最小，旁路阀门开度达到最大。
论石油气液两相管流
日 03 月 4 年 8002 荣家安�师教导指 �本升专�1-60 程工运储气油�级班业专 760603033�号 学
龙云徐�名姓生学
流管相两液气油石论
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算计力水�流相两液气�管斜倾�词键关
。算计向反正 行进以可�便方作操�全齐能功件软�算计力水�力热行进以可�的制编 行进下导指的师老安在是件软本�件软算计力水线管输混了制编 0.6BV 台 平发开化视可用采中程过算计机算计在。究研了行进律规率隙空的流相两 液气对还文本。用应的中算计力水的流相两液气管斜倾在法方尔里布-斯特 贝绍介重着文本。义意际实的大更有会将究研的管斜倾于对此因�角倾的 度程定一着在存都上本基道管的设铺代现在。角倾定一成向方平水与线管 输集�时岸海到伸延斜倾上向并�底海在设敷及带地山多、陵丘越穿线管 输集气油当。结总纳归了行进法方算计力水对�上础基的点特设铺及动流 线管输混相多究研析分在�础基论理为课业专等流管相两液气油石以
43 .......... 用应的中算计力水线管在件软 章 6 第
33 ...................................... 算计的力张面表 8.5 23 ........................................ 算计度粘的水 7.5 23 ........................................ 度粘的气然天 6.5
言
前
章1第
2
。律规关相的流相两些一了出得上础基的究研流相多在�种一 的流相多是流相两。律规关相 的率液持和度梯力压联关域区动流、态型动 流、数系阻摩合综括包�式公算计度梯力压的流相多中管平水、管直垂了 出提后先�列前内国于处平水究研动流相多使�下导指的授教琅家陈在室 究研流管相多院我。的律规动流相多究研泛广始开末代年 07 从是国我 。了切迫益日得变就题问一这益效济经高提步 一进而从�源能约节本成产生低降�题问新种各的中算计计设力热力水的 动流体流中程过输混相多决解地好更何如�此因。法方输混的理处离分行 进再岸海或站合联到送输一统后然�起一到中集物合混水气油的出产井多 将用采多�发开的田油漠沙和田油上海是其尤田油大各在�来年些近 。律规动流的下件条动流同共在质介相两体液与体气究研它�支分兴新个一 的学力体流是学力体流相两液气。出采时同式形相液以物合化氢碳的质轻 、水有常经也�时产生井气然天当。水有含还常经且而�出采时同被也气 然天�时产生井油当。动流的体流合混相多到及涉要的免避可不乎几�中 程过的气然天或油石采开井气、油在。动流的中道管斜倾在物合混液气到 遇地泛广�中置装堆应反核和炉锅、业工学化、业工油石在。视重的们人 起引益日题问的动流相两液气�展发的业工等能核和工化、油石着随
汽液两相流讲稿3
2 1
2
2i2 1i1
2
3.1 单相流体压降的计算
（2）摩擦系数确定 由于气液温度很高,其粘度比常温小10倍以上，此时雷诺数 很大.因此,认为流动工况已进入阻力平方区，此时的摩擦 阻力系数与雷诺数无关，只与相对粗糙度有关。
1 D 4lg 3.7 k
二、单相流体的重位压降
Pzw gSin hg
h
ห้องสมุดไป่ตู้
垂直标高差 h hc h j
当两相流向上流动时，△h为正值，则重位压降为正值；
当两相流向下流动时，△h为负值，则重位压降为负值。
对于有多次升降流动的管件（如蛇行管），有：
Pzw h g s h g
2
计算管段出口处比容 计算管段入口处比容 计算管段长度
从中看出,管径,管长,质量流 速是由结构和流量决定的。 欲求摩擦阻力,主要求摩擦阻 力系数和平均比容。
计算管子内径
计算管段内两相流质量流 速
3.1 单相流体压降的计算
（1）平均比容的确定 a.压力小于临界压力时 （分三种情况）
按照出、入口的 焓平均值查得
2
D 公式适用范围 Re 120 k
1.125
超出范围,可查图确定
在锅炉水动力计算中,常用折算 0 来求摩擦阻力 D
3.1 单相流体压降的计算
1 D 4lg 3.7 k
2
Pmc D 2
2
第三章 气液两相流的压降
根据动量方程式知, 流体在管道流动时,其压降由三部分组成 压降 = 流动阻力 + 重位压降 + 加速压降
气液两相流流型实验报告
气液两相流流型实验报告实验名称：气液两相流流型实验目的：1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；2. 掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律，观察水平管中不同流型的特点；3. 根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。
实验任务：实验测量数据：,,,.(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录P P t tw气减室(2) 判别流型要求：(1) 实验数据汇总表；(2) 绘制αβ-曲线(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型实验原理1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。
Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。
（1）泡状流在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。
（2）塞状流在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。
（3）层状流在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。
层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。
（4）波状流当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。
（5）弹状流当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。
（6）环状流当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。
图1水平不加热管中的流动型式表1水平绝热管中的流型变化增加液相流量增加气相流量ST+R ST+R ST+IW S PB ST+RW ST+IW S BTS+A PF ST+RW+D ST+LRW+D ST+BTS A+RW F+D ST+RW+D ST+LRW+D A+DA+D F+D F+DD A+RW A+RWA+D A+DA表示环状流（annular）；B表示气泡（bubble）；BTS表示中空气弹（blow through slug）；D表示液滴（droplet）；F表示液膜（film）；IW表示平缓波（inertial wave）；LRW表示大翻卷波（large roll wave）；PB表示气栓加气泡（plug＆bubble）；PF 表示气栓加泡沫（plug＆froth）；R表示涟漪波（ripple）；RW表示翻卷波（roll wave）；S表示气弹（slug）；ST表示层状流（stratified）。
气液两相流动.
第五章
第二节
2.1 基本参数
气液两相流动
气液两相流动基本方程式
7 ．气相真实流速
υG和液相真实流速 υ L
υG = QG / AG
8．气相折算速度 J G 和液相折算速度
υL = QL / AL
JL
J G = QG / A
J L = QL / A
X= WG / (WG + WL )
(1 - x ) = WL / (WG + WL )
4. 质量流速 G
G = W/A
第五章
第二节
2.1 基本参数
气液两相流动
气液两相流动基本方程式
体积流量
Q
Q = QG + Q L
气相体积流量 Q G
QG = WG / ρ G
Q L = WL / ρ L
液相体积流量
第一节
1.2 多相混合物流动图例
气液两相流动
多相混合物特征
分流阀
气力输送装 置组合体系
引(或送)风机
第五章
第一节
1.2 多相混合物流动图例
气液两相流动
多相混合物特征
抽油机井油管中 的气液混合物
油气渗流
井筒油气水三相流
储层
第五章
第一节
1.2 多相混合物流动图例
气液两相流动
多相混合物特征
水平井筒中的 气液两相流
A
u0
B
140
0
C
第五章
第一节
1.2 多相混合物流动图例
气液两相流动
多相混合物特征
气固两相流
输送气流
两相流3
• 在垂直受热管中产生蒸汽而形成两相混 合物的情况是一个重要的特例。 • 在受热时的流型与同样局部流动条件下 不受热时的流型是不同的。产生这种变 化的原因一是热力平衡遭到破坏，同时 在管内存在着径向温差；二是整个管道 的局部流体的动力平衡遭到破坏。
2013-7-22
sgdwdg20129872157间歇流转变为分散气泡流的判别准则管内气体的浮力使气体有浓集于管顶的趋势即呈间歇流型液体的紊流脉动又使液体将气团分散成小气泡与液体混合生成分散气泡流的趋dldp20129873157威斯曼利用较广泛的试验数据提出了两幅适用于水平及垂直上升管的通用流由于从一种流型转变为另一种流型要有一个转变过程而并非突变故在流型图上不用线条来表示分界而使用一个条带来表示不同流型的过渡区
2013-7-22
39/157
• 图中还表示出液体达到饱和温度(x=0)及 液体全部蒸发(x=1)的有代表性的位臵。 由图可见，汽泡是在主流温度达到饱和温 度之前就形成的，这一效应是因为液体中 径向温度分布的结果，它使得在液体平均 温度达到饱和温度之前，壁面上就达到了 产生汽泡的条件，这种情况称之为欠热沸 腾或过冷沸腾。
2013-7-22 8/157
• 两相流的压降及不稳定性研究，更和流 型密不可分。 • 流型取决于气泡份额和相分布，流型不 同，对压降起主要作用的因素也不同， 因而计算压降的公式有差别。 • 流型转变还会引起流动不稳定性。
2013-7-22
9/157
• 有些研究者认为影响流型的工艺参数和影 响管路压降的工艺参数相同。他们在利用 实验数据回归两相流工艺计算相关式时， 并不考虑流型。但这并不说明流型研究的 不重要。 • 新近的研究表明：根据不同流型建立不同 的物理模型而得到的工艺计算方法，比不 考虑流型的纯经验方法，其计算结果更为 准确和实用。
第三章(第三次课) 两相流动模型(飘)
1 x 1 1 K 2 x
3
1 2
式中
K2
l v
Jl
0 .5
exp 1 . 72 10
6
q
环形通道下求得的值与Marchaterre（泡状流）、 Cook（泡状流）、Egen（泡状流）以及Hoglund （泡状流）等的数据相比较，符合得很好。对于棒 束通道，当由泡状流过渡到弹状流时，观察到空泡 份额有一个峰值，这可能是由于邻近子通道间存在 紊流交混和横向流动影响的缘故；在弹状流与环状 流区，具有较大的扰动波。4根棒束的值比圆管与 同心环形通道下的值要低约5；7根棒束时，则 要低约10。
Zuber-Findlay方法 弹状流
x
1 2 x 1 x 0 . 35 g l v D v C 0 l G l v
搅拌流
x
1 4 x 1 x 1 . 18 g l v v C 0 2 l G l v
模型的建立
考察一维稳态流动，对每一相写出力平衡方
程（忽略壁面剪切力），则： 对液相，有
dp
对气相，有
dz
lg
F 1
0
dp dz
gg
F
0
这里，F为单位容积混合物的某一相对另一相
拖曳力。将上两式中的
F 1
dp dz
消去，有
l
2 l
C0
Biblioteka 1 4 u vj
g l v 1 . 18 2 l
关于气液两相流流型及其判别的若干问题
关于气液两相流流型及其判别的若干问题论文导读：气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。
两相流流型是两相流的结构形式，对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。
在气液两相流流动过程中，由于气、液两相均可变形，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变，流型极为复杂。
流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一。
关键词：气液，两相流，流型，流型图0.引言气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。
两相流流型是两相流的结构形式，对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。
1.气液两相流流型的分类目前，研究和应用中涉及的气液两相流大多数是管内流动，因此下面的讨论主要针对气液两相管流进行。
在气液两相流流动过程中，由于气、液两相均可变形，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变，流型极为复杂。
同时，流型还与管道尺寸、管截面形状、管道角度、管道加热状态、所处的重力场、介质的表面张力、壁面及相界面间的剪切应力等因素有密切关系。
不同的研究者，从不同角度对流型进行研究时，会给出流型的不同定义和划分。
从实际应用的简明性考虑，目前常采用的流型划分，如表1所示。
表1几种常见管道条件下的流型划分管道条件流型划分水平绝热管气泡流弹状流层状流塞状流波状流环状流垂直上升绝热管气泡流弹状流搅拌流环状流液丝环状流垂直下降绝热管气泡流弹状流环状流乳沫状流搅拌流弥散环状流倾斜上升绝热管弥散泡状流气泡流波状流弹状流环状流由于流动条件变化的多样性以及研究角度的多样性，基于流动结构形态学上的流型划分方法有几个问题：1.1流型定义的模糊性目前对于各种流型的定义只是建立于主观观察的结果上的，这样不可避免引入观察者主观因素的干扰。
气液两相流流型实验报告
气液两相流流型实验报告实验名称：气液两相流流型实验目的：1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；2. 掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律，观察水平管中不同流型的特点；3. 根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。
实验任务：实验测量数据：,,,.(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录P P t tw气减室(2) 判别流型要求：(1) 实验数据汇总表；(2) 绘制αβ-曲线(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型实验原理1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。
Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。
（1）泡状流在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。
（2）塞状流在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。
（3）层状流在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。
层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。
（4）波状流当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。
（5）弹状流当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。
（6）环状流当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。
图1水平不加热管中的流动型式表1水平绝热管中的流型变化增加液相流量增加气相流量ST+R ST+R ST+IW S PB ST+RW ST+IW S BTS+A PF ST+RW+D ST+LRW+D ST+BTS A+RW F+D ST+RW+D ST+LRW+D A+DA+D F+D F+DD A+RW A+RWA+D A+DA表示环状流（annular）；B表示气泡（bubble）；BTS表示中空气弹（blow through slug）；D表示液滴（droplet）；F表示液膜（film）；IW表示平缓波（inertial wave）；LRW表示大翻卷波（large roll wave）；PB表示气栓加气泡（plug＆bubble）；PF 表示气栓加泡沫（plug＆froth）；R表示涟漪波（ripple）；RW表示翻卷波（roll wave）；S表示气弹（slug）；ST表示层状流（stratified）。
第三章(第二次课) 两相流动模型(均、分)
分相流模型的示意图
连续方程（质量守恒方程）
气相：
dW dz
v
W
dx dz
液相：
dW dz
l
W
d 1 x dz
W
dx dz
动量守恒方程（压降方程）：
dp f dz dz dp dp g dp a dz TP dz TP TP
实际工程中均相流模型的参数范围
一般而言，系统压力越高，流体流速越快，
均相流模型就越适用。因此，有研究者提出 均相流模型的适用范围 G 是： 100 ，D 80 mm ， 200 kg m s 。 此外，有的学者还提出当液相粘度 0 .01 N s m 时建议不采用均相流模型。
均相流模型中采用的基本假设
均相流模型中采用的基本假设为：
①
认为两相混合得很好，气液两相具有相同 的流动线速度（ul=uv）； ② 两相间处于热力平衡，对于汽液两相流动， 两相间热力平衡即蒸汽与液体具有相同的温 度且均处于饱和状态； ③ 使用合理确定的单相摩擦系数。
均相流模型适用的流型
在前面关于流型的叙述中我们知道，气液两
相的流速其实并不相等，只有在高含气率 （大量气体中含有少数液滴）或者很小含气 率（大量液体中仅含有少量气泡）时两相流 速才近似相等。因此，这一模型实际上只适 用于泡状流与雾状流。
总地来说，均相流模型的基本思想是用一等效的可 压缩流体代替两相流体。若一相均匀地弥散于另一 相中，两相间动量传递和能量传递足够快，两相的 当场平均速度和温度便基本相等。这时，若各参数 沿流道变化率不大，热力不平衡影响便可一忽略， 这样均相流模型就比较适用。比如，对于泡状流型， 均相模型比较适用；而对于分层流型，特别是两相 相向流动，均相流模型就不再适用了。
油藏类知识-气液两相流讲稿
dv'
dvl' dp
vg' dx
0
xdvg'
vl'dx (1 x)dvl'
dv'
(v
' g
vl' )dx
x
dv
' g
dp
dp
Gdv
G2 A
v
' g
vl'
dx
x
dvg' dp
dp
(3)
将（2）、（3）代入（1）整理得：
Adp f
在水平管中气 液两相的流动形态 有泡状流、冲击流、 团壮流、环壮流、 层壮流、雾壮流、 波壮流。
四、气液两相混合物的分类
• 单工质：是指气液两相都具有相同的化 学成分（如水和水蒸气的混合物）。
• 双工质 ：是指气液两相各具有不同的化 学成分（如空气和水的混合物）。
1~2两相流动的处理方法
• 1．经验方法 从两相流动的物理概念出 发，或者使用因次分析法，或者管流单 相流方法。
面的两相流体总Q中液相体积所占的份额，即
1 Ql Ql
Q Qg Ql
质量含气与体积含气的关系：
x Gg Gg
Gg
G Gg Gl g Gg l Gl
x
x (1 x) g
l
3、真实含气率和真实含液率
真实含气率，又称截面含气率或空隙率，是
v 2
2
4 g sin
D v'
G2 A2
v
' g
第三章第三次课两相流动模型(飘)
第三章第三次课两相流动模型(飘)
• Thom方法
• Thom根据流动体积份额的计算公式
xgvx1gvxvl 1x1x
• 提出空泡份额的计算式为
1x1x
第三章第三次课两相流动模型(飘)
• Lockhart-Martinelli方法 • Lockhart与Martinelli是最早提出水平管中气液两相流
动压降与空泡份额计算关系的学者。他们的两相压 降研究方法至今仍在广泛应用，这将在下一章中详 细论述。这里简要介绍一下Lockhart-Martinelli空泡 份额的计算方法。
C0
1
b
11
• 其中
0.1
b
v l
第三章第三次课两相流动模型(飘)
空泡份额的其它计算方法
• 经过多年的研究，各国学者提出了大量的空泡份额 计算模型。因此气液两相流动，特别是与反应堆等 背景相适应的饱和沸腾下的空泡份额计算方法相当 多，我们无法逐一介绍。除了前面各节提到的方法 外，这里择要介绍一下其它一些计算空泡份额的方 法。
❖ 可见，忽略壁面剪切力，F ❖ 漂移速度
只是空泡率、物性及相对 运动的函数。考虑到
jgl ug j
j g lu g ju g j 1 V g V l
F uj g us
Vg
Vl
1
g三次课两相流动模型(飘)
• 因此，漂移流通量jgl与滑移速度us仅是空泡率 和物
取决于流道直径与对比态压力 （p为系统压力，
pcr为临界压力）
p
• 关于C0的具体计算公式可以看教材表3-2 p cr
简述气液两相的流型
简述气液两相的流型气液两相是指在一定条件下，气体和液体同时存在的状态。
在自然界和工业生产中，气液两相的流动现象非常常见。
气液两相的流型有很多种类，下面将逐一进行简述。
1. 气泡流气泡流是指气体以气泡形式存在于液体中的流动状态。
在气泡流中，气泡可以是均匀分布在液体中，也可以是聚集在某一区域。
气泡流常见于气体从底部注入液体中的情况，例如水中的氧气泡。
2. 泡沫流泡沫流是指气体以大量细小气泡形式存在于液体中的流动状态。
泡沫流与气泡流不同之处在于，泡沫流中的气泡通常比较细小且密集。
泡沫流常见于泡沫浴、洗衣机中的泡沫产生等情况。
3. 液滴流液滴流是指液体以液滴形式存在于气体中的流动状态。
在液滴流中，液滴可以是均匀分布在气体中，也可以是聚集在某一区域。
液滴流常见于雾、雨滴等自然现象，也常见于喷雾器、喷泉等工业设备中。
4. 喷射流喷射流是指气体和液体以高速喷射形式同时存在的流动状态。
在喷射流中，气体和液体经过喷嘴或喷头高速喷出，并在空气中形成一定的喷射形状和范围。
喷射流常见于火焰喷射器、喷泉、喷雾器等设备中。
5. 瀑布流瀑布流是指液体以大量细小水滴形式自由落体的流动状态。
在瀑布流中，液体从高处向下流动，形成连续的水滴落下。
瀑布流通常在自然界中的瀑布中观察到，也可人为生成，例如喷泉。
6. 雾流雾流是指液体以非常细小的水滴形式悬浮在气体中的流动状态。
在雾流中，水滴很小且密集，几乎形成了一片白色的雾状。
雾流常见于大气中的云雾、雾霾等现象，也可由喷雾器等设备产生。
7. 雾化流雾化流是指液体以非常细小的水滴形式悬浮在气体中的流动状态。
与雾流不同之处在于，雾化流中的水滴更加细小且均匀分布。
雾化流常见于喷雾器、雾化器等设备中。
8. 混合流混合流是指气体和液体以不同形式混合存在的流动状态。
在混合流中，气体和液体可以以气泡、液滴、雾滴等形式混合在一起。
混合流常见于气体和液体接触混合的过程中。
以上是气液两相流型的简述。
气液两相流动现象的研究对于理解和应用于自然界和工业生产中的一系列过程具有重要意义。
多相管流-第三章垂直气液两相管流计算1
第三章 垂直气液两相管流压力梯度计算模型及方法垂直气液两相管流压力梯度计算模型及方法•3.13.1流动模型流动模型•3.23.2压力分布计算方法压力分布计算方法•3.33.3垂直气液两相管流压力梯度计算模型及垂直气液两相管流压力梯度计算模型及方法•3.43.4水平或倾斜管中气液两相流动计算模型水平或倾斜管中气液两相流动计算模型及方法•3.53.5水平管中气体和非牛顿液体的两相流动水平管中气体和非牛顿液体的两相流动主要内容第一节流动型态流动型态的划分方法：两类第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分泡状流、弹状流或团状流、（层状流、波状流）、段塞流或冲击流、环状流、雾状流第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分分散流、间歇流、分离流分散流、间歇流、分离流2010-3-263垂直气液两相流流型水平气液两相流流型两种分类方法比较第一类划分方法较为直观第二类划分方法便于进行数学处理第一类划分方法•泡状流•弹状流或团状流•层状流•波状流•段塞流或冲击流•环状流•雾状流第二类划分方法•分散流•间歇流•分离流•分离流•间歇流•分离流•分散流两类划分结果的对应关系2010-3-264垂直环空两相流型第二节 压力分布计算方法第二节•由于多相管流中每相流体影响流动的物理参数（密度、粘度等）及混合物密度和流速都随压力和温度而变，沿程压力梯度并不是常数。
因此，多相管流压降需要分段计算，并要预先求得相应段的流体性质参数。
然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。
所以，多相管流通常采用迭代法进行计算。
一、常用两相流压降计算方法•早期均匀流方法（总摩阻系数法）1952 Poettmann 1952 Poettmann——Carpenter 80 80’’s 陈家琅 λ'~(N Re )2•经验相关式1963 Duns--Ros 无因次化处理 N vL 、Nvg 、N D 、N L 1965 Hagedorm--Brow 现场实验 1967 Orkiiszewski 流型组合 1973 Beggs--Brill 倾斜管实验1985 Mukherijee--Brill 改进实验条件•现代机理模型SPE20630等考虑具体流型的物理现象第二节第二节压力分布计算方法段塞流示意图环状流示意图2010-3-2682010-3-26当 单相液流， H L 、ρm 、f m 随两相流流型变化b P P ≥二、两相管流压降计算根据地面条件应用关系式计算井底流压1 输入数据油管数据：管长L 、管径D 、井斜角θ、粗糙度e 油气井产量：油气水日产量Q O 、Q SC 、Q W或Q L 、f w 、GOR P (GLR P ) QQ W = f w Q L Q O = Q L - Q wQ SC = GOR P Q O 或 Q SC = GLR P Q L 边界条件：井口压力P wh 、井口温度T wh 、地温梯度g t 考虑井温线性分布 T(Z)=T wh +g t Z 油气水相对密度γo 、γg、γw第二节第二节压力分布计算方法2 输入数据单位处理常用单位 统一单位Q —m 3/d q —m 3/s μ—Pa.s P —MPap —Pa V Pa V——m/s D —mm d mm d——m T m T——℃ T T——K 第二节第二节压力分布计算方法3 输入流体物性资料气：拟临界压力、温度 Pc ， Tc偏差系数 Zg(Pr, Tr)粘度μg油：μo ， 溶解油气比 Rs体积系数 Bo ， 油气界面张力σo水：μw ，σw ，B w第二节第二节压力分布计算方法),(223004hk p h z F k ++=第二节第二节压力分布计算方法龙格库塔数值解法•压力梯度函数F(Z，P)计算步骤(1) Z处流动温度 T(Z)=T0+g t Z(2) 计算T、P条件下的有关物性(3) 气液体积流量 q g，q L(4) 气液表观流速V sg、V sL和V m(5) 计算λL、μL、ρns、μns(6) 无因次量N Rens、N L、N gV、N LV、N gvsM(7) 计算H L、ρm(8) 判别流型，计算f m(9) 计算F(Z，P)•2、迭代计算第二节第二节压力分布计算方法误差又能提高计算速度。
气液两相流(教学文档)
气液两相流流型识别理论的研究进展摘要：介绍了气液两相流的识别理论，探讨了气液两相流流型的划分方法。
叙述了两相流流型软测量方法，并重点介绍了图像处理识别、在线流型技术识别、神经网络、基于压差波动理论、混沌理论等识别流型的新方法。
关键词：气液两相流；流型识别0 引言相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质成分，各相之间有明显可分的界面。
从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三种，即:气相、液相和固相。
单相物质的流动称为单相流，如气体流或液体流。
所谓两相流(Two-Phase Flow)或多相流(Multiphase Flow)是指同时存在两种或多种不同相的物质的流动。
近年来随着国内外石油和天然气工业的发展，迫切需要开发出精度较高的油气水三相流量在线测量仪，以便掌握各个油井的生产动态。
然而，多年来尽管在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些进展，但是仍然没有彻底清晰地认识和了解油气水三相混合物的流动型态。
在现今的多相流检测技术领域中，流型的识别问题变得越来越重要。
1 两相流流型由于存在一个形状和分布在时间和空间里是随机可变的相界面，而相间实际上又存在一个不可忽略的相对速度，致使流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。
这就导致了两相流动结构多种多样，流型十分复杂。
流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。
两相流各种参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。
因此为了对两相流的特征参数进行测量，必须了解它们的流型。
1.1垂直上升管中气液两相流流型（1）、泡状流（Bubbly Flow）：气泡以不同尺寸的小气泡形式随机离散分布在流动的液体中。
显然，此时气体为离散相，而液体为连续相。
随着气速的增加，气泡尺寸会不断增大。
（2）、段塞流（Slug Flow）：在气泡流动中当气泡的浓度增高时，气泡聚合为直径接近于管内径的塞状或炮弹状气泡，气泡前端部分呈现为抛物线形状。
在这些塞状气泡之间可带有小气泡的液团。
第3章-流型
32
§3.3.1 垂直上升流动
目前研究最多，因此相对来说最成熟，但主要是以低黏度工质为基础的，最初的研究 因为在流型的识别上仅仅采用观察法，因而不免存在着较多的混淆。 目前对上升流的流型通常分为以下四种，即泡状流，段塞流，块状流及环状流四种。 以上四种流型还可以进一步细分，比如对环状流，根据气核中是否携带有液滴或液条， 又可分为环雾流和带纤维的环状流等。流型间的转变并不是突然发生的。因而在这一转 变过程中也可能观察到许多具有两个基本流型部分特征的中间流型。但流型的划分并不 是越细越好，而应以满足工程计算和理论研究的需求为目的。
该方法的不足：对压力波动信号的分析不如图像输出清晰，比如在较高质量流速和低含气率 时，与流型相对应的信号并不是很清晰，辨别起来就很困难；另外一个问题就是存在从试验 段出口的压力反射波的虚假信号影响。因此，在这方面仍须改进。
14
用电导率（用电导探针测量）、截面含气率以及液膜厚度等的脉
动特性来识别流型，其基本原理是一样的，就是根据两相流体流 过管道时，在不同的流动状态下，截面含气率、液膜厚度、电导
(分层流—Stratified flow) (波状流—Wavy stratified flow)；
6
7
第二类划分方法：
按照流动的数学模型分类： 分散流动或弥散流（dispersed flow） 分离流(separated flow) 间歇流(intermittent flow)
8
9
§3.2.2 流型的识别方法
31
流型图是建立在实验研究的基础上的，因此其应用也受到实验 数据源的限制。随着气液两相流研究的不断深入，流型图也在不断 完善，以下仅就各种简单的和复杂管道中的气液两相流流型以及流 型图进行简要地说明。 各文献定义了多种多样的流型，这一方面是由于流型变化的复 杂性；另一方面是由于不同作者对同一流型的命名不同。
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
气液两相流 整理
第一章概论相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研究的主要方法目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解；2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研究较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型；5、缺乏专用研究仪器气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中3、混合流动型：两相均非连续相4、分层流动：两相均为连续相气液两相流的基本特征：1、体系中存在相界面：两相之间也存在力的作用，出现质量和能量的交换时伴随着机械能的损失2、两相的分布情况多种多样：两相流动中两相介质的分布称为流型3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变气液两相流研究方法：1、经验方法：从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。
优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。
优点：有一定的理论基础，应用广泛缺点：存在简化和假设，具有不准确性3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。
优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式缺点：建立关系式困难，求解复杂研究气液两相流应考虑的几个问题：1、不能简单地用层流或紊流来描述气液两相流2、水平或倾斜流动是轴不对称的3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间有传热和传质6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研究的核心与重点流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构流型图：描述流型变化及其界限的图。