第2章 气液两相流的模型
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第二章——两相流流型和流型图
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（4）波状分层流
有明显相界面 相界面上有波浪 气相速度要比光滑分层流更大 气液两相都是连续相 气相在上方流动，液相在下方流动
——含汽率从0到1缓慢增加,流型可分为以下几类 （1）泡状流 液相是连续相 汽相是弥散相) 汽泡近似处于同一尺寸
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加热 相变 比绝热流动更加复杂 流型的演变受到热流密度的强烈影响
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气液两相流的性质和计算方法
气液两相流的性质和计算方法气液两相流是指气体和液体同时存在并混合流动的流体系统。
它在工业领域和自然界中都具有重要的应用价值，例如石油开采、化工生产以及大气湍流等。
了解气液两相流的性质和计算方法对于工程设计和科学研究都至关重要。
本文将介绍气液两相流的基本特性以及常用的计算方法。
一、气液两相流的性质1. 相态及其转变：在气液两相流中，气体和液体是两种不同的相态。
相态的转变主要涉及气体与液体之间的相互作用。
常见的气液相态转变有蒸发和凝结。
蒸发是液体转变为气体的过程，凝结则相反，是气体转变为液体的过程。
2. 平衡态：在气液两相流中，气相和液相之间存在着平衡态，即气体和液体之间的能量和质量交换达到平衡。
平衡态可以通过温度、压力和相对湿度等参数进行描述。
在一定的温度和压力条件下，气体和液体之间会达到平衡态，这对于计算气液两相流动参数至关重要。
3. 流速及测量方法：气液两相流的流速可以通过多种方法进行测量，常用的方法有雷诺数法、回收法和瞬时测量法等。
雷诺数法利用流速以及流动的截面积来计算气液两相流的饱和度，从而推导出流速。
回收法则通过测量液体回收某一时间段内的质量差异来计算流速。
瞬时测量法则是在气液两相流过程中通过传感器实时测量流速。
二、气液两相流计算方法1. 流动模型：在计算气液两相流动时，常用的模型有欧拉模型和拉格朗日模型。
欧拉模型是基于连续方程和动量方程的宏观计算方法，适用于大规模流体系统的计算。
拉格朗日模型则是基于颗粒运动方程的微观计算方法，适用于小尺度的气液两相流计算。
2. 数值模拟方法：气液两相流的数值模拟是一种常用的计算方法。
通过将流体系统划分为离散的网格单元，利用数学模型和计算算法对流体动力学进行数值求解。
常用的数值模拟方法有有限差分法、有限元法和计算流体力学（CFD）等。
3. 实验方法：为了验证理论计算结果和数值模拟方法的准确性，常常需要进行实验研究。
实验方法可以通过流体试验和实验观测两种途径进行。
两相流_第2章_两相流的流型和流型图
弹状流
3.乳沫状流(搅混流）
(1)特征 1)破碎的气泡形状不规则，有
许多小气泡夹杂在液相中； 2)贴壁液膜发生上下交替运动，
从而使得流动具有震荡性。 (2)出现范围
它是一种过渡流，一般出现在 大口径管中，小口径的管中观察不 到。
乳沫状流
4.环状流
(1)特征
1)贴壁液膜呈环形向上流动； 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。
(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 阻止泡状流向弹状流的转变.
2. 水平管中分层流动的出现范围
(1)气相速度高，使分层面出现波浪，形成弹状流。消除 分层流动的蒸汽界限速度如下式表示：
W '' j
0.38
d 0.5
' ''
0.5
简 主适 发 易 导用 展 性 性性 性 原 原原 原 则 则则 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来自2.9 管内淹没和流向反转过程的流型
一.气液两相逆向流动的两种极限现象
淹没（液泛）、流向反转（回流）
二.淹没和流向反转现象
1.气体流量由零开始增加
注水器
液体
底桶
气体
A
淹没过程实验现象
现在 0；.3 高压情况下， 较大仍为泡状流， P
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)气弹间液块向上流动，夹有小气泡； 3)气弹与管壁间液层缓慢向下流动。 (2)出现范围 1)低压、低流速, ， 0低.3压时气泡长 度可达1m以上； 2) P ,不 能 形成大气泡，当P>10MPa 时，弹状流消失； 3)出现在泡-环过渡区。
第2章 气液两相流的模型
' dv gAdzsin G 2 ' g ' Adp f Ddz dp vg vl dx x 2 v A dp
v 2
两边同除 Adz 得
' dv dp v 2 4 g sin G 2 ' dx dp g ' f 2 vg vl x dz 2 D v A dz dp dz
1
2-11
G G G ' 所以 Gdv Gd dv d vl' x vg vl' v A A A
2
2
2-13
多相管流理论与计算
由于假定两相流动已达到热力学平衡状态
v' f ( p)
' dv ' ' dv d vl' x vg vl' vg vl' dx x dp 1 x l dp dp dp
多相管流理论与计算
两边同除以
VdZ
dI w dp dv v g sin 0 dZ dZ dZ
dI w dp dv [ v g sin ] dZ dZ dZ
总压力降
动能损失
重位损失
摩擦损失
多相管流理论与计算
dp ( )重位 g sin dZ
dIw dp ( )摩擦 dZ dZ
dp dv ( ) 加速度 v dZ dZ
dp dp dp dp ( )重位 ( )摩擦 ( )加速度 dZ dZ dZ dZ
dp dp v2 由 ( ) 摩擦＝ 并取 为正值 dZ dz d 2
v 2
两边同除 Adz 得
' dv dp v 2 4 g sin G 2 ' dx dp g ' f 2 vg vl x dz 2 D v A dz dp dz
1
2-11
G G G ' 所以 Gdv Gd dv d vl' x vg vl' v A A A
2
2
2-13
多相管流理论与计算
由于假定两相流动已达到热力学平衡状态
v' f ( p)
' dv ' ' dv d vl' x vg vl' vg vl' dx x dp 1 x l dp dp dp
多相管流理论与计算
两边同除以
VdZ
dI w dp dv v g sin 0 dZ dZ dZ
dI w dp dv [ v g sin ] dZ dZ dZ
总压力降
动能损失
重位损失
摩擦损失
多相管流理论与计算
dp ( )重位 g sin dZ
dIw dp ( )摩擦 dZ dZ
dp dv ( ) 加速度 v dZ dZ
dp dp dp dp ( )重位 ( )摩擦 ( )加速度 dZ dZ dZ dZ
dp dp v2 由 ( ) 摩擦＝ 并取 为正值 dZ dz d 2
气液两相流模型及相应控制方程
气液两相流模型及相应控制方程1. 分相流模型一般把两相看成分开的两股流体流动，分别按单相流处理，同时计及相间作用，然后把两相方程相加，得出两相流的基本方程。
以下为分相流动模型下的一元两相流动基本控制方程。
(1) 连续性方程： 气相：g g g g g f A f w Am tzρρδ∂∂+=∂∂液相：(1)(1)l g g g l f A l f w Am t z ρρδ∂-∂-+=-∂∂ 两相：0A GAt zρ∂∂+=∂∂ 其中：m δ为控制体单位长度的质量交换率，即考虑相变。
真实密度：(1)g g l g f f ρρρ=+- 质量流速: (1)g g g g l l G f w f w ρρ=+- (2) 动量方程：因为相间有摩擦，相界面上作用有摩擦力i τ，相间有质量交换，则有动量交换，若相界面周长为i P ，界面流速为i w ，则各自的动量方程为： 气相：21sin g og g gg g g g g g g i f w f w A p m f P gf w tA z z A Aρτρρθ∂∂∂∂+=---+∂∂∂ 液相：2(1)(1)1(1)(1)sin ol l g l l g l g l l g if w f w A p m f Pg f w t A z z A Aτρρρθ∂-∂-∂∂+=-----+∂∂∂两相：22(1)1sin l g l g g g o A f w f w P G P g t A z z Aρρτρθ⎡⎤∂-+∂∂∂⎣⎦+=---∂∂∂其中：o og g ol l P P p τττ=+ 且总压等于分压之和。
（3）能量方程：依照单相流动方程的方法的推法，即在控制体上应用热力学第一定律，再考虑相间的相互作用，即相间摩擦耗功，相变递能和界面传热，得各自的能量方程为： 气相能量方程：22()(())g g g g g g g g g Af U w w Af U w dz dz tzρρ⎡⎤⎡⎤∂+∂+⎣⎦⎣⎦+=∂∂21sin 2g g g g g g i i i i i i pAf w dQ dz Af w gdz Pw dz q Pdz mw dzZρθτδ⎡⎤∂⎣⎦----+∂/*注意与单相流能量方程的区别，热力学能第一定律只关注于内能，机械能与热能数量上的守恒，动量定理则能清楚的看出各种力对流动特性的影响，比如在能量方程中你看不出粘性耗散对流动的影响*/g dQ 单相流中推导的气体与外界，不包括液体之间的热量交换。
两相流的流型和流型图
1 2 f
C
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。一般情况下，m<1,c<1.
2）发生流向反转的条件
J 0.7
* g
3）液体被全部携带点判定条件
* Jg m
2.10 流型之间的过渡
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。
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)气弹间液块向上流动，夹有小气泡； 3)气弹与管壁间液层缓慢向下流动。 (2)出现范围 1)低压、低流速, 0.3 ，低压时气泡长 度可达1m以上； 2) P ,不能形成大气泡，当P>10MPa 时，弹状流消失； 3)出现在泡-环过渡区。
2.坐标参数
横坐标
j Fr
g
jf gd
2
j2 gd
3 0.25
y w w w
纵坐标 V 1 V
2.4 水平管中的流动型式
2.气体流量逐渐减少 当气体流量降到某一值时， 液膜开始回落到注水器以下，此 点称为流向反转点。 在流向反转点后继续减少气 体流量至某一值时，全部液体恢 复向下流动，这点称为淹没消失 点。
淹没消失点与淹没开始点所 对应的气体流量不相等，淹没消 失点所对应的气体流量比淹没开 始点对应的气体流量小，这种现 象称为淹没消失滞后。
（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。
石油气液两相管流 课程复习
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第四章 油藏流体高压物性计算
1. 天然气压缩因子。 一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与 在相同条件下理想气体占有的体积之比。 实际气体与理想气体的差别。 Z<1 Z＝1 Z>1 实际气体较理想气体易压缩 实际气体成为理想气体 实际气体较理想气体难压缩
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第四章 油藏流体高压物性计算
课程复习
•一、名词解释(每小题3分，共18分) •二、判断题(每小题1分，共10分) •三、简答题(每小题5分，共30分) •四、问答题(每小题8分，共32分) •五、论述题（10分）
课程复习
•强调实际应用的课程 •准确理解基本概念 •掌握多相管流压力和温度分布的计算方法 •将所学应用到工程实际中
课程复习
第一章
3. 流动型态及流型图的定义 4. 流型的两类区分方法以及相互关系 5. 相速度与折算速度的区别。 6 . 质量含气率与体积含气率之间的差别。
绪论
课程复习
第一章
7. 真实含气率与真实含液率的定义。 8.真实含气率与体积含气率间的关系。
绪论
课程复习
第一章
9. 流动密度与真实密度的定义。
课程复习
第七章 倾斜气液两相流计算
气液两相倾斜管流中，持液率与倾角有怎样的 依存关系？原因是什么？
这是因为重力和粘滞力对液相的综合影响所 致。在上坡流动中，当管子角度沿正方向增加 时，作用在液体上的重力使液体的流速减小， 因而增加了滑脱和持液率。随着角度的进一步 增加，液体在管子里全部搭接起来，减少了两 相之间的滑脱，因而也减小了持液率。在下坡 流动中，当角度沿着负方向增加时，使液体的 流速增，因而减小了持液率。随着角度沿负方 向的进一步增加，有更多的液体与管壁接触， 粘性的拖拽使得液体的流速减小，持液率增加。
[转载]气液两相流的模型选择
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欧拉模型(Eulerian Model)
欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型； 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同 的体积分数，相互间有滑移； 颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用； 各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择
VOF模型适合于分层流动或自由表面流； Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别
如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型； 当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果； 从计算时间和计算精度上考虑。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续 介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时 坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
请您及时更换请请请您正择
原文地址：气液两相流的模型选择 作者：天蝎射天郎
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由 此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
多相流模型
欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型； 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同 的体积分数，相互间有滑移； 颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用； 各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择
VOF模型适合于分层流动或自由表面流； Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别
如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型； 当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果； 从计算时间和计算精度上考虑。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续 介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时 坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
请您及时更换请请请您正择
原文地址：气液两相流的模型选择 作者：天蝎射天郎
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由 此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
多相流模型
气液两相流
液率为(1-φ-γ)， φ为截面含气率， γ是仍保持在液相流动的截面含汽率。
试推导在等截面直管内稳定流动时动量方程中的加速度压力梯度的表达式。
p dp f dpg dpa z dz dz dz
课件整理
气液两相流动与传热
能量方程
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气液两相流动与传热
均相流模型就是把气液两相混合物看作一种均匀介质。其基本假设为： 两相间处于热力学平衡状态，即两相具有相同的温度并且都处于饱和状态； 气液两相的速度相等，即为均匀流。
t z 作用于控制体的外力应等于动量的变化即
(Awdz) (Aw2 )
F dz z t z 作用于控制体的力包括压力、重力和管壁阻力，则动量方程可表示成
A
Pz能量方程wU
gA s in
(Aw)
t
(Aw2 )
z
0
dQ Awe 气液混合物的连续方程为： dz Ae dt dL
z
t
1
l
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气液两相流动与传热
两相滑动比与空隙率的关系式为
代入平均密度公式：
1
当已知工质沿管长 z 的吸热规律时，便可找出含1汽 率s(x1或β1)沿管长的变化
(1 ) 规律，则重力压降积分式中的变量 z 便可用 x 或β替换。因此，要完成公式的积
分，关键是要找到空隙率与β(或 x)的关g系，或者要找到滑l动比与β(或 x)的关系。
dWg
d
2Wl
1
x
dWl
d
0
课件整理
气液两相流动与传热
得到
而滑速比
1
2
1 1x x
g l
3
1
s
wg wl
xl 1 g 1 x
气液两相管流分解ppt课件
10/14/2023
/7/2023290 式，溅1nia f摩相数两系阻
29
10/14/2023
10/7/202330
30
图1 NL与CNL关系 0/7/202331关N LN 译1
10/14/2023
31
图2
持液率系
0/7/20233持数率液系1
10/14/2023
32
0/7/202333修数正系1
将压力梯度方程写成管长增量的形式
式中 i为节点序号
解法思路：给定上式中的压力增量Δp，先估计出Δp对
应的管段长度增量的初值，由此确定相应管长的平均温度和
平均压力，并计算该条件下的压力梯度(dp/dz)i，再由上式 计算出，若计算值与初值接近，则计算值即为给定Δp对应
的解，否则将计算值作为初值进行迭代直到收敛。逐个节点 重复上述过程直到或超过预计终点为止。
单位处理
Z 0 ＝0
P 0 ＝P wh
Z0=Z1 P0=P1
10/14/2023
计算k1 ~ k4 Z1=Z0+h p1=p0+ p
N
ZL
Y
输出结果
结束
~ 1算=Z 构据数入溅＝0ZZ
F(Z,P) PVT
44
威远气田低压井 两相管流实用模型研究
10/14/2023
气井口田 /7/202345 0 用究
界面，相分布极不均匀
0/7/20233性1习复
10/14/2023
3
垂直管流典型流型
10/14/2023
0/7/20234流典流垂型管直1
4
10/14/2023
垂直管流型
滑脱小，摩阻大 流动结构极不稳定 举液效率高
气水二相渗流数学模型
式中:
gw＝
dg
dS w
z
Tg g g
k＋1＝ g g
Tg z
k＋1
＝ g g
dTg dS w
S w z
k＋1
＝
g
gTgw
Sw z
k＋1
式中:
＝
g
gTgw
S w z
k
+
g gTgw
z
Sw
+
g
gTgw
z
Sw
Tgw＝
dTg dSw
qgk 1＝qgk
qg Pg
Pg
qg Sg
S 'g
f P1，P2， ，S1，S2， ＝0
i＝1，2， N
按上述原理处理，就可以得到一组用牛顿迭代法 求解的方程形式：
f i P1
k
P1＋
f i P2
k ＋
＋
f i Si
k
S1＋
f i S 2
k
S 2＋
＝bik
（i 1，2， ，N，k＝0，1，2， ）
3.2.2方程的建立
a. 考虑方程(1)式 1． 方程(3)左端项的展开
2T k＋1 gzk＋1 2
zk zk＋1＋zk
P －P k gi, j,k＋1
k gi, j,k
zk
2Tgkzk－1 2
zk－1＋zk
P －P k gi, j,k－1
k gi, j,k
....(19)
k＋1
S P g gw w
k g
P －P k＋1
g
gw xi＋２ １
（1）借助水气饱和度关系式,通过乘以适当系 数，合并气方程和水方程，消去差分方程中的 变量和,从而得到一个只含变量和的压力方程；
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
实用文档其他之气液两相流理论分析模型及实验平台介绍
气液两相流理论分析模型及实验平台介绍摘要：介绍了气液两相流的理论分析模型，均相流模型、分相流模型、漂移流模型、双流体模型，各模型的特点及适用条件，为实验研究提供理论基础。
并介绍了国家化工设备质量监督检验中心换热实验平台，为气液两相流实验研究提供支撑。
关键词：气液两相流；两相流模型；实验平台伴随着管壳式换热器的普遍应用，两相流动及沸腾换热特性的研究越来越得到各国学者们的重视。
两相流动及沸腾广泛存在于各个工业领域中，如工业锅炉设备中，水经过软化后通过电加热或者化石燃料燃烧加热沸腾，气化为水汽两相状态，过热的饱和蒸汽经过汽包，送至各类用户；产热电站及动力站也是通过各类热源的作用，使得原始介质发生相变产生两相或者多相介质直接或者间接作为动力及发电源动力；汽轮机、核反应堆堆芯、蒸汽发生器等等同样伴随着各类气液两相或者多相流动及沸腾换热现象。
一、气液两相流理论分析模型（一）均相流模型均相流模型是最简单的物理模型，结构示意图如图1。
将气液两相流混合物看做是一种均匀介质，混合物的物性参数即两相介质各自参数的平均值。
运用一般流体力学的研究方法，对气液混合物的平均流动特性进行确定和描述。
该模型基于以下几项基础的假设：1.气液两相的流速相等，故滑动比，滑差，流动密度都相等，把气液两相流体看作均匀流。
2.气液两相混合物处于热力学平衡状态。
即气液两相的温度是相等的，且不存在热量传递。
3.两相流的摩擦系数基于单相流摩擦系数，且气液两相混合物物理特性遵循等熵变化。
这种均相模型一般适用于高速高压条件下的泡状流和雾状流。
这是由于在一般实际情况下，两相流速是不可能相同的。
只有在高速高压下两相流质混合才更加均匀。
由于假设两相之间速度是相同的，其与实验计算值误差较大，随着质量流量的减小偏差逐渐增大。
所以准确确定气液两相混合物的平均物理特性对于选择模型十分重要。
（二）分相流模型分相流模型的结构示意图如图2。
分相流模型将气液两相流的两相分别看作连续的有自身平均流速的单独流体，即气液介质有各自的物性参数，当气液两相流速相等时就成为了均相流模型。
气液两相流ppt课件
（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
气相真实平均速度, m/s：
WV AM A G
液相： MWA
气相： MWA
.
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
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。
JV AV AV AJgJf
式中，Jg为气相折算速度，表示两相介质中气相单独流
.
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。
M M 1x
M . MM
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)
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、
.
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
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
气相真实平均速度, m/s：
WV AM A G
液相： MWA
气相： MWA
.
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
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。
JV AV AV AJgJf
式中，Jg为气相折算速度，表示两相介质中气相单独流
.
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。
M M 1x
M . MM
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)
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、
.
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
气液两相流 第2章-两相流的基本理论
x
1 (1 x)
G G
• 对于均相流动，考虑流体流过微元流道的平衡方程式，设流道截面积为A， 与水平面的倾斜角为θ。
• 针对最普遍问题，不做任何简化：非稳态、非等截面、有换热、有内热生成
• 2.4管内气液两相流的基本方程
q
z
qv
Vm
A
p
θ
τ0
q －经流道壁面进入系统的热流密度，W/m2 qv－单位体积的内热发生率，J/m3·s P － 流道周界长度
该方法能较深入地探究两相流的本质，更具有普遍意义，应当说更准确和 有前途。
另一流体力学分析法是：现在已有人直接从两相或多相流体的基本微分 方程出发进行求解，不过在寻求方程封闭时，仍可能要根据具体问题（ 或流型的特点）来找出特定封闭方程
2.3 气液两相流的基本模型
(主要用于泡状流、雾状流)
这是一种最简单的分析方法，又称为“摩擦因子”模型或 “雾状流”模型。 基本思想：将两相混合物看作是混合均匀的、具有平均流动 特性和平均物性的单一流体来处理。 基本假定：⑴两相具有相等的线速度；⑵两相间处于热力学 平衡；
其流动参数如速度、截面含气率等不仅沿其流向发生变化，而且在 管道同一截面上也有变化，而且由于相间的相互作用，从本质上来 讲，更多情况下是一个三维的流动问题（如水平或倾斜流动）。
三维流动对两相流进行分析是非常困难的：
要匹配截面上非轴向的两个坐标方向上的封闭方程：边界条件、 传输关系等
2.4管内气液两相流的基本方程
2.1管内气液两相流的基本参数
9、滑动比s:(slip ratio) 气相真实平均速度和液相真实平均速度之比。 s=VG/VL(反映两相间流速的不同)
10、滑移速度Vs：（slip velocity） m/s 两相间速度之差。（与两相间的动量交换密切相关） Vs=VG-VL=VGL=－VLG
采油工程第2章气液两相管流.ppt
特点
液相由连续相过渡为分散相，气相相反 气体流量大，摩阻增加
9
• 雾状流
压力进一步降低，中心气柱逐渐 增大，壁面液膜厚度降低，液体以液 滴分散于气相中。
特点
气相是连续相，液相是分散相 摩阻增加，重力损失最小
2024/9/30
10
雾状流 过渡流 段塞流 泡流 纯液流
2024/9/30
p
H • 总结
30
m LHL G (1 HL ) (1 HG )L HGG
ρL
ρoqo
Rsρg sc qo R w /oqoρw qoBo R w /oqo
ρo
Rsρg s c R w /ρo w Bo Rw/o
ρG
ρg
s
c
Ts cPa v Z Ps cTa v
2024/9/30
31
b.摩阻梯度
只考虑气体的压缩性：
d ZnRT
dvm dvSG 1 dqG 1
p dp 1 ZnRT dp vSG dp
dz dz A dz A dp dz A p2 dz p dz
mvm
dvm dz
mvmvSG
p
dp dz
2024/9/30
VSG qG / A
Wm AmVm
(1-67)
WmqG dp A2 p dz
质量，kg/m3。
2024/9/30
23
2、流型判别
1）影响流态的因素 多相管流流态的影响因素共有13个，主要因
素：VSL 、VSG 、 ρL 、σ 2）无因次处理
NLV VSL 4ρL/gσ
NGV VSG 4ρL/gσ
2024/9/30
24
Ros流型图版
液相由连续相过渡为分散相，气相相反 气体流量大，摩阻增加
9
• 雾状流
压力进一步降低，中心气柱逐渐 增大，壁面液膜厚度降低，液体以液 滴分散于气相中。
特点
气相是连续相，液相是分散相 摩阻增加，重力损失最小
2024/9/30
10
雾状流 过渡流 段塞流 泡流 纯液流
2024/9/30
p
H • 总结
30
m LHL G (1 HL ) (1 HG )L HGG
ρL
ρoqo
Rsρg sc qo R w /oqoρw qoBo R w /oqo
ρo
Rsρg s c R w /ρo w Bo Rw/o
ρG
ρg
s
c
Ts cPa v Z Ps cTa v
2024/9/30
31
b.摩阻梯度
只考虑气体的压缩性：
d ZnRT
dvm dvSG 1 dqG 1
p dp 1 ZnRT dp vSG dp
dz dz A dz A dp dz A p2 dz p dz
mvm
dvm dz
mvmvSG
p
dp dz
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VSG qG / A
Wm AmVm
(1-67)
WmqG dp A2 p dz
质量，kg/m3。
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23
2、流型判别
1）影响流态的因素 多相管流流态的影响因素共有13个，主要因
素：VSL 、VSG 、 ρL 、σ 2）无因次处理
NLV VSL 4ρL/gσ
NGV VSG 4ρL/gσ
2024/9/30
24
Ros流型图版
气液两相流讲稿
1~2气液两相流动参数 一、流量
G G g Gl
G —两相混合物的质量流量，kg/s；
g
G —气相的质量流量，kg/s；
Gl — 液相的质量流量，kg/s；
Q Qg Ql Q — 两相混合物的体积流量，m3/s； Q g —气相的体积流量m3/s; Q —液相的体积流量m3/s. l
• 2、两相界面之间存在相互作用力
• 力平衡：气液处于平衡，整个两相区流体只 与外界物体和进出的界面发生力的作用。 • 能量平衡：整体界面上存在能量交换，两相 界之间也存在能量交换，必然也伴随有机械能 的损失。两相流机械能的损失大于单相流机械 能的损失。
• 3、气液两相的分布状况（即各项呈分散或 密集及程度）多种多样，气液两相的分布状 况称为流动形态或流型。 • 单一气或液（层流、紊流）流层之间的关 系， • 气液两相： 在水平管或倾斜管中的流型有七种， 在垂直管中的流动形态有四种。
2．滑动比
• 2.滑动比
•
气相实际速度与液相实际速度的比值 称为滑动比，即:
s
vg vl
四、含气率和含液率
• 单位时间内流过过流断面的流体中气相流 体介质所占的份额叫含气率； • 单位时间内流过过流断面的流体中液相流 体介质所占的份额叫含液率。 • 1．质量含气率和质量含液率 Gg 含气率： x G g
2~2 均相流动模型
• 均相流动模型简称均流模型,它是把气 液两相混合物看成均质介质,其流动的物理 参数取两相介质相应参数的平均值.因此可 以按照单相介质来处理均流模型的流体动 力学问题。 • 假设 • (1) v v g vl 0
Hg
n
s 1
(2)两相介质已达到热力学平衡状态 压力、密度等互为单值函数。此条件在 等温流动中是成立的，在受热的不等温 稳定流动中是基本成立的，在变工况的 不稳定流动中则是近似的。
汽液两相流讲稿2
当气相流量很高，液相流量较低时出现环状流型。
2.3
气液两相流的流型
受热水平管中的流型 1.单项液体（略低于饱和温度） 2.细泡状流型 3.气塞状流型 4.气弹状流型 5.波状分层流型 6.环状流型
2.3
说 明:
气液两相流的流型
1.在波状区,管子上部会周期性发生时而与气,时而与液 接触现象---间歇式液态（间歇式干壁），应避免。 2.环状区，管子上部与气接触也是不利的。 3.气相在管子上下分布不对称(<1m/s),当进口流速较高
环状流动
*气液流量都增大，块状流型；
*气相流量较高时,发展为核心雾状 流动,壁面有液膜的雾式环状流型。
2.2
气液两相流的基本方程式
d 2 dP gdSin d D 2
1 g 1 '' ' '' '' ' ' dP dF dF dSin f f d G '' '' G ' ' f f f
压降 = 流动阻力压降 + 流体重力压降 + 流体惯性力压降 流动阻力 流体的压降组成 重位压降 加速压降
重位压降可表示为：
g '' ' ' dPzw '' '
gdSin
gdSin 1
' ' ''
hs gdSin
hs
2.2
气液两相流的基本方程式
气液两相流 第2章-两相流的基本理论
14、漂移速率j（drift flux）m/s
定义：是指气相或液相穿过以平均流速Vm前进的横截面单位面 积上的体积流量（m3/m2·s），即单位时间内穿过该横截面单 位面积的各相的体积。
气相的漂移流率： 液相的漂移流率：
jGD
(VG
Vm ) AG A
(VG
Vm ) VGd
jLD
(VL
Vm ) AL A
2.1管内气液两相流的基本参数
⑴真实密度（又称分相流密度）
定义：流动过程中，微元体内两相混合物质量与微元体容积之比，即：
m
Mm V
G ( A)l L (1 ) A l
A l
G
(1 )L
⑵流动密度：kg/m3
定义：流过某一截面的两相混合物质量流量W与体积流量之比
m
W Q
GQG LQL
Q
G
2.1管内气液两相流的基本参数
3、质量含气率x（mass fraction of the gas phase）
流过某一截面的气相质量流量占两相总质量流量的份额。
x WG WG W WG WL
WG x W WL (1 x) W
质量含液率为：
1 x WL WG WL
单组份气液两相流的质量含气率x也称为干度（Dryness、Quality）。
2.1管内气液两相流的基本参数
9、滑动比s:(slip ratio) 气相真实平均速度和液相真实平均速度之比。 s=VG/VL(反映两相间流速的不同)
10、滑移速度Vs：（slip velocity） m/s 两相间速度之差。（与两相间的动量交换密切相关） Vs=VG-VL=VGL=－VLG
11、两相流体的平均密度:kg/m3 有两种表示方法：真实密度 VS 流动密度
定义：是指气相或液相穿过以平均流速Vm前进的横截面单位面 积上的体积流量（m3/m2·s），即单位时间内穿过该横截面单 位面积的各相的体积。
气相的漂移流率： 液相的漂移流率：
jGD
(VG
Vm ) AG A
(VG
Vm ) VGd
jLD
(VL
Vm ) AL A
2.1管内气液两相流的基本参数
⑴真实密度（又称分相流密度）
定义：流动过程中，微元体内两相混合物质量与微元体容积之比，即：
m
Mm V
G ( A)l L (1 ) A l
A l
G
(1 )L
⑵流动密度：kg/m3
定义：流过某一截面的两相混合物质量流量W与体积流量之比
m
W Q
GQG LQL
Q
G
2.1管内气液两相流的基本参数
3、质量含气率x（mass fraction of the gas phase）
流过某一截面的气相质量流量占两相总质量流量的份额。
x WG WG W WG WL
WG x W WL (1 x) W
质量含液率为：
1 x WL WG WL
单组份气液两相流的质量含气率x也称为干度（Dryness、Quality）。
2.1管内气液两相流的基本参数
9、滑动比s:(slip ratio) 气相真实平均速度和液相真实平均速度之比。 s=VG/VL(反映两相间流速的不同)
10、滑移速度Vs：（slip velocity） m/s 两相间速度之差。（与两相间的动量交换密切相关） Vs=VG-VL=VGL=－VLG
11、两相流体的平均密度:kg/m3 有两种表示方法：真实密度 VS 流动密度
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•西克奇蒂公式 •麦 克 亚 当 斯 公 式
m xg 1 xl
1
•杜克勒公式
g l ' vg vl' m ' x g ' 1 x l v v
' vg m l 1 x 1 ' v l
m
则能量方程式为
v2 gdzsin pdv vdp d ( ) dE 0 2
多相管流理论与计算
压差的表达式
v2 vdp gdzsin d ( ) pdv dE 2
2-6
二、均流模型的压力梯度微分方程式
在动量方程式中
Adp dF gAdzsin Gdv
将所得能量平衡方程式写成微分形式：
dU mvdv mgsin dZ d ( pV ) dq 0
多相管流理论与计算
内能U虽然不能直接测量和计算其绝对值，但可求得两种状 态下的相对变化。根据热力学第一定律，对于可逆过程：
dU dq pdV
或
dq dU pdV
dq dqr dU pdV
而对于不可逆过程来讲：
以 dlw 表示摩擦消耗的功，则:
dqr dlw
dqr —摩擦产生的热量
dU dq pdV dlw
代入 dU 并整理得
dlw—摩擦消耗的功
dU mvdv mgsin dZ d ( pV ) dq 0
Vdp mvdv mgsin dZ dlw 0
对于多相 混合物
dvm m v dp m g sin m vm m dZ dZ d 2
2 m
通用表达式，求解的关键是确定
m 、 vm 及 m
多相管流理论与计算
2．部分相关参数的计算
（1）两相介质的平均密度
按体积含气率 计算
在均流模型中，两相介质的密 度取气液两相密度的平均值， 而求其平均值的主要以下两种
多相管流理论与计算
2 m v12 m v2 U1 m gZ p1V1 q U 2 m gZ2 sin p2V2 1 sin 2 2
于是得能量平衡方程式差分形式
m v2 U (m gZsin ) ( ) ( pV ) q 0 2
（2）两相介质已达到热力学平衡状态，压力、
密度互为单值函数。 特点 •对于泡状流和雾状流，具有较高的精确性 •对于弹状流和段塞流，需要进行时间平均修正 •对于层状流、波状流和环状流，则误差较大
多相管流理论与计算
两相流基本方程式以单相流基本方程式为基础。单 相流基本方程式理论上总结为三个基本方程式：
g (1 ) l
流动密度(无滑脱密度)
按空隙率计算
g (1 ) l
真实密度(有滑脱密度)
滑脱损失实际上属于重力损失
多相管流理论与计算
（2）两相介质的平均粘度
按质量含气率 计算
在均流模型中，两相介质的粘度 是气液两相粘度的平均值，而求 其平均值的方法很多，常用的有 以下几类
x
1 x
•戴维森公式
多相管流理论与计算
按空隙率计算
m g 1 l
1 m g l
各有特色和 适用范围
按体积含气率 计算
m g 1 l
多相管流理论与计算
（3）均流模型摩擦阻力折算系数 按均流模型进行气液两相流动摩阻压差计算时，常把两相流动 摩擦阻力的计算与单相流动摩擦阻力的计算关联起来，即常使 用全液相折算系数、分液相折算系数或分气相折算系数。 •全液相折算系数 水平管道内的两相流动 , 均匀流动，管 径为 D ，截面积为 A ，流段长度为 dz 。 速度 v 沿流程不变，质量流量为 G ，此 时，没有重位压差与加速度。
dIw dp ( )摩擦 dZ dZ
dp dv ( ) 加速度 v dZ dZ
dp dp dp dp ( )重位 ( )摩擦 ( )加速度 dZ dZ dZ dZ
dp dp v2 由 ( ) 摩擦＝ 并取 为正值 dZ dz d 2
dp dv v2 g sin v dZ dZ d 2
1
2-11
G G G ' 所以 Gdv Gd dv d vl' x vg vl' v A A A
2
2
2-13
多相管流理论与计算
由于假定两相流动已达到热力学平衡状态
v' f ( p)
' dv ' ' dv d vl' x vg vl' vg vl' dx x dp 1 x l dp dp dp
多相管流理论与计算
讨论
对于水平管流
dp 0, 0 dZ 重位
x表示流向坐标
2
dp dv v v dx dx d 2
对于垂直管流
90
sin 1
以h表示高度
dp dv v2 g v dh dh d 2
多相管流理论与计算
定义
2
Ddz
dF dp dF0 dp0
2 0
fv 2 2 2 l v0 f 0 l v0 f0 Ddz 2
2
f
v 2
Ddz
dp 02 dp0
全液相折算 系数
多相管流理论与计算
•分液相折算系数
分液相流动
单相液流的摩擦力
dFsl dpsl A f sl
3．能量方程式
p v2 根据机械能守恒定律，有 d gz sin 2 dE 0
2-3
dE— 单位质量两相流体的机械能损失
密度ρ可用两相混合物的比容 v表示为
所以
1 / v
p
pv
d ( pv) pdv vdp
2-5
' dvg
因
dvl' 0 dp
则
' dv vg vl' dx x
' dvg
dp
dp
所以
G2 Gdv A
' ' dv g ' dp v g vl dx x dp
2-15
多相管流理论与计算
将dF、Gdv的表达式代入动量方程式，得
多相管流理论与计算
压力梯度微 分方程式 整理可得
2f G ' g sin G ' ' ' ' dx v x v v v v l g l g l ' ' ' D A v x v v dz A dp l g l 2 ' dz dv G 1 x g A dp
dF wDdz
2-7
w 流体与管壁的剪切应力
多相管流理论与计算
其中
w v 2 f
1 w v 2 2 4
1 2
f — 范宁摩阻系数
f
4
—摩擦阻力系数
1 2 v 2
单位体积流体的动能
穆迪（Moody）图
代入2-7得
dF wDdz f
多相管流理论与计算
两边同除以
VdZ
dI w dp dv v g sin 0 dZ dZ dZ
dI w dp dv [ v g sin ] dZ dZ dZ
总压力降
动能损失
重位损失
摩擦损失
多相管流理论与计算
dp ( )重位 g sin dZ
' dv gAdzsin G 2 ' g ' Adp f Ddz dp vg vl dx x 2 v A dp
vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
两边同除 Adz 得
' dv dp v 2 4 g sin G 2 ' dx dp g ' f 2 vg vl x dz 2 D v A dz dp dz
连续性方程
质量守恒
动量方程 能量方程
动量守恒 能量守恒
多相管流理论与计算
一、均流模型的基本方程式
1．连续方程式
根据质量守恒定律
G vA 常数
2．动量方程式
取一维流段来研究，根据动量
定理，可得动量方程式：
稳定的一维均相流动
Adp dF gAdzsin Gdv
2-2
多相管流理论与计算
层流区
v 2
2
Ddz
16 f Re
64 Re
多相管流理论与计算
Adp dF gAdzsin Gdv
G v vg vl Q G 1 G v A A A A
Gdv
' ' Q vg Gg vl Gl ' v vl' x vg vl' G G
分气相流动
dFsg dpsg A f sg
f f sg
l v
2
2 sg
Ddz
v 2
2
dF dp 2 g dFsg dpsg
Ddz Ddz
2 g vsg
fv 2 2 f sg g vsg
2
2 dp g dpsg