第三章 多相流流型及判别方法
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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
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
多相流量计原理课件
详细描述
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。
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。
多相流模型——精选推荐
的每一相，引入一个称为单元相体积分数的变量。在每个控制容积中，所有相的体积分 数之和为 1。只要在计算域内每一点的各相的体积分数已知，全部变量和物性的场都由 各相共享并代表了体积平均值。因而，根据体积分数的值，任意单元内的变量和物性或 者为一相的代表，或者为多相混合物的代表。即，如果单元中第q相流体体积分数为αq，
(5.381)
式中， τd
ρd dd2 为颗粒响应时间（也称为松弛时间或弛相速度为常数以及Stokes阻力条件下，颗粒相对于连 续相的速度按指数规律衰减，经过时间τd后衰减为初始值的e−1；τs为系统响应时间，为 系统特征长度Ls与特征速度Vs之比，即 τs
β αd ρd αc ρc
(5.378)
分散相与连续相物质密度比：
γ ρd ρc
(5.379)
式中， αd和αc分别为分散相和连续相的体积分数， ρd和ρc分别为分散相和连续相的物质密 度。
115
沈阳航空工业学院
由颗粒含量率β和物质密度比γ可估算分散相颗粒之间的平均距离：[41]
L π 1 κ dd 6 κ
弹状流
气泡流、含液滴气流、带粉气流
气力输送、液力输送、泥浆流
分层流、有自由表面流
沉降
流化床
图5.13 多相流流型
根据所依赖的数学方法和物理原理不同，多相流的理论模型分为三大类：(1)经典的 连续介质力学方法；(2)建立在统计分子动力学基础上的分子动力学模拟方法；(3)介观层 次上的模拟方法，即格子 - Boltzmann 方法。目前多在工程中应用的多相流连续介质力学
(2) 体积分数方程
a. 体积分数方程 通过求解一相或多相体积分数的连续性方程，可以追踪各相之间的界面。第 q 相体 积分数的连续性方程为
(5.381)
式中， τd
ρd dd2 为颗粒响应时间（也称为松弛时间或弛相速度为常数以及Stokes阻力条件下，颗粒相对于连 续相的速度按指数规律衰减，经过时间τd后衰减为初始值的e−1；τs为系统响应时间，为 系统特征长度Ls与特征速度Vs之比，即 τs
β αd ρd αc ρc
(5.378)
分散相与连续相物质密度比：
γ ρd ρc
(5.379)
式中， αd和αc分别为分散相和连续相的体积分数， ρd和ρc分别为分散相和连续相的物质密 度。
115
沈阳航空工业学院
由颗粒含量率β和物质密度比γ可估算分散相颗粒之间的平均距离：[41]
L π 1 κ dd 6 κ
弹状流
气泡流、含液滴气流、带粉气流
气力输送、液力输送、泥浆流
分层流、有自由表面流
沉降
流化床
图5.13 多相流流型
根据所依赖的数学方法和物理原理不同，多相流的理论模型分为三大类：(1)经典的 连续介质力学方法；(2)建立在统计分子动力学基础上的分子动力学模拟方法；(3)介观层 次上的模拟方法，即格子 - Boltzmann 方法。目前多在工程中应用的多相流连续介质力学
(2) 体积分数方程
a. 体积分数方程 通过求解一相或多相体积分数的连续性方程，可以追踪各相之间的界面。第 q 相体 积分数的连续性方程为
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。
流形的判别方法
1.通用流型判别法
2003年zhang等提出基于段塞流的通用流型判别法。在该判别法中，流型
判别算法与流动参数算法一致，根据动量方程和连续性方程计算各流型 间转化的边界条件。
（1）分散气泡流向段塞流转化。当气象表观速度WSG大于0.1m/s时，分 散气泡流到段塞流的转化边界采用zhang建立的机理模型预测，该机理模
L
)
X
2
4CL
( L SL D )n
2
L SL
X2
D 4CG
L ( GSG D )m
2
G
2 SG
D
G
2
Y
(L G )g sin
4CG
( G SG D )m
G
2 SG
D
G
2
式中：Y为无量纲重力参数；X为Lockhart-Martinelli参数；、分别为液相和气 相的动力粘度，,为液相表观速度，m/s，CL、CG、n、m为常数，与气液相的 流态有关。
dhL
]
1
d A L [1 ( 2 h 1) 2 ] 0.5 dh L
F
G
SG
L G Dgcos
式中：F为无因次数；WG为气相速度，m/s；AL、AG、分别为液相和气相所占的 截面积的无量纲数；hL为管内液位高度的无量纲数；D为管径，m;为气相表观速 度，m/s。
（2）环状流向段塞流的转化。环状流向段塞流的转换由两种机理决定，这两 种机理导致液相阻塞气芯，流型向段塞流转换。
第一种机理：由于管壁附近液体向下流引起液膜不稳定。液膜不稳定判由同时 求解式（6），（7）两个无量纲方程得到，其中，式（6）得到持液率HL的稳 态解，式（7）得到满足液膜不稳定条件的持液率值，其表达式：
2003年zhang等提出基于段塞流的通用流型判别法。在该判别法中，流型
判别算法与流动参数算法一致，根据动量方程和连续性方程计算各流型 间转化的边界条件。
（1）分散气泡流向段塞流转化。当气象表观速度WSG大于0.1m/s时，分 散气泡流到段塞流的转化边界采用zhang建立的机理模型预测，该机理模
L
)
X
2
4CL
( L SL D )n
2
L SL
X2
D 4CG
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2
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2 SG
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2
Y
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4CG
( G SG D )m
G
2 SG
D
G
2
式中：Y为无量纲重力参数；X为Lockhart-Martinelli参数；、分别为液相和气 相的动力粘度，,为液相表观速度，m/s，CL、CG、n、m为常数，与气液相的 流态有关。
dhL
]
1
d A L [1 ( 2 h 1) 2 ] 0.5 dh L
F
G
SG
L G Dgcos
式中：F为无因次数；WG为气相速度，m/s；AL、AG、分别为液相和气相所占的 截面积的无量纲数；hL为管内液位高度的无量纲数；D为管径，m;为气相表观速 度，m/s。
（2）环状流向段塞流的转化。环状流向段塞流的转换由两种机理决定，这两 种机理导致液相阻塞气芯，流型向段塞流转换。
第一种机理：由于管壁附近液体向下流引起液膜不稳定。液膜不稳定判由同时 求解式（6），（7）两个无量纲方程得到，其中，式（6）得到持液率HL的稳 态解，式（7）得到满足液膜不稳定条件的持液率值，其表达式：
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 。
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
第三章 多相流流型及判别方法
wsg Qg A
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
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
5.4多相流模型5.5分散相模型2
117
沈阳航空工业学院
则有下列 3 中可能：
αq = 0：单元中没有第q相流体。 αq = 1：单元中充满第q相流体。 0 < αq < 1：单元中有第q相流体与其它一相或多相流体间的界面。
根据局部αq值，计算域内每一控制容积被赋予适当的物性和变量值。
VOF 模型一般用于瞬态问题。只有在求解不依赖于初始条件，且对每一相有独立的
的每一相，引入一个称为单元相体积分数的变量。在每个控制容积中，所有相的体积分 数之和为 1。只要在计算域内每一点的各相的体积分数已知，全部变量和物性的场都由 各相共享并代表了体积平均值。因而，根据体积分数的值，任意单元内的变量和物性或 者为一相的代表，或者为多相混合物的代表。即，如果单元中第q相流体体积分数为αq，
其中，
n 1 n 1 Sp Ap Anb
(5.384)
3 α p ρpVol 2t
n
n 1
n 1 S SU
4 α p ρppVol α p ρppVol 2t
n 1
该格式是无条件稳定的， 但如果时间步长太大， 三层时层方法的 n – 1 时层的负系数 会产生解的振荡。这个问题可以通过引入有界二阶格式解决。由于解的振荡主要出现在 可压缩液体流动中，因此仅对可压缩液体流动使用有界二阶格式。
弹状流
气泡流、含液滴气流、带粉气流
气力输送、液力输送、泥浆流
分层流、有自由表面流
沉降
流化床
图5.13 多相流流型
根据所依赖的数学方法和物理原理不同，多相流的理论模型分为三大类：(1)经典的 连续介质力学方法；(2)建立在统计分子动力学基础上的分子动力学模拟方法；(3)介观层 次上的模拟方法，即格子 - Boltzmann 方法。目前多在工程中应用的多相流连续介质力学
沈阳航空工业学院
则有下列 3 中可能：
αq = 0：单元中没有第q相流体。 αq = 1：单元中充满第q相流体。 0 < αq < 1：单元中有第q相流体与其它一相或多相流体间的界面。
根据局部αq值，计算域内每一控制容积被赋予适当的物性和变量值。
VOF 模型一般用于瞬态问题。只有在求解不依赖于初始条件，且对每一相有独立的
的每一相，引入一个称为单元相体积分数的变量。在每个控制容积中，所有相的体积分 数之和为 1。只要在计算域内每一点的各相的体积分数已知，全部变量和物性的场都由 各相共享并代表了体积平均值。因而，根据体积分数的值，任意单元内的变量和物性或 者为一相的代表，或者为多相混合物的代表。即，如果单元中第q相流体体积分数为αq，
其中，
n 1 n 1 Sp Ap Anb
(5.384)
3 α p ρpVol 2t
n
n 1
n 1 S SU
4 α p ρppVol α p ρppVol 2t
n 1
该格式是无条件稳定的， 但如果时间步长太大， 三层时层方法的 n – 1 时层的负系数 会产生解的振荡。这个问题可以通过引入有界二阶格式解决。由于解的振荡主要出现在 可压缩液体流动中，因此仅对可压缩液体流动使用有界二阶格式。
弹状流
气泡流、含液滴气流、带粉气流
气力输送、液力输送、泥浆流
分层流、有自由表面流
沉降
流化床
图5.13 多相流流型
根据所依赖的数学方法和物理原理不同，多相流的理论模型分为三大类：(1)经典的 连续介质力学方法；(2)建立在统计分子动力学基础上的分子动力学模拟方法；(3)介观层 次上的模拟方法，即格子 - Boltzmann 方法。目前多在工程中应用的多相流连续介质力学
第三章 多相流及其测量方法
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； 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。
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。
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； 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。
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。
多相流的流型分类
多相流的流型分类
多相流体的流型可以根据不同的分类标准进行分类。
根据参加流动各项的数目，多相流可以分为两相流和三相流。
其中，两相流又可以分为气液、气固、液固、液液四种，而三相流则包括气液固、液液固、油气水等类型。
此外，多相流的流型还可以根据参加流动的各组分进行分类，如单组分气液两相流、双组分气液两相流等。
具体流型还可以分为泡状流、弹状流、块状流、环状流、液丝环状流等。
对于特定的多相流动问题，可以通过不同的测量参数来确定流型，如流量、流速、压力、温度等。
在实际应用中，需要根据具体问题选择合适的测量参数和分类标准，以准确描述多相流的流动特性和规律。
以上内容仅供参考，建议查阅关于多相流的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
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油 水 油水分层流(ST) 油 水 油水三层流(3L) 油 水 完全分散混合流(M) 油 水 水基环状流(WA) 油 水 弹状流(SlUG) 两层流(2L) 油基环状流(OA) 油 水 油滴分层流(ODST) 油 水 界面有混合的油水分层流(ST) 油 水 油 水
图3-9 划分较详细的水平油水两相流流型
第一节 描述多相流的主要参数及其计算公式
以最常见的气液两相流（其它多相流可类推）为例，描述多相流的各 种参数有： 一、流量 （一）质量流量 单位时间内流过管路横截面的流体质量称为质量流量。对于气液两相 混输管路有： G Gg Gl
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 1
第三章 多相流流型及判别方法
不完全环状流
弥
散
流
图3-3 埃尔乌斯细分出来的两种流型 2、水平受热蒸发管气液两相流的流型划分 水平蒸发管由于加热，在管中出现相变，其基本流型演变过程为：
泡状 弹状 块状
波状
环状
图3-4 加热水平蒸发管气液两相流的流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 10
第三章 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升气液两相流的流型划分 1、垂直上升（立式）不加热气液两相流流型
（二）麦克达姆（MeAdam）计算式：
1
m
x
g
1 x
l
（三）西克奇蒂（Cieccheitti）计算式
m xg (1 x)l
（四）阿黑尼厄斯（Arrhenius）计算式
1H m lH g
L L
第二节 多相流的各种流型
多相流的流型划分通常有两类方法：一类是按照流体的外观形状来 划分；另一类则是根据相的分布特点来划分。通常说来，基于现象描述 的划分方法多用第一种，而基于流动机理的划分方法则多用第二种。
（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
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 19
第三章 多相流流型及判别方法
五、气固两相流 气固两相流的流动结构和液固两相流流型相似。
第三节 多相流流型判别方法
影响流型的因素很多，主要有以下几项： 1) 流型与各相流体流量 2) 流型与流体的物理性质 3) 流型与管径 4) 流型与倾角
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 20
雾状
纯气状
图3-6 垂直上升受热气液两相流的流型 从图中可以看出，管线在受热后仍保持了垂直管线流型的对称性这 一特点。 （三）垂直下降气液两相流的流型划分 图3-7 是气液两相流在管中垂直向下流动时的流型示意图。这种环状 流动结构和垂直上升气液两相流的环状流型相近，但流向相反。
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 12
四、含气率和含液率 （一）质量含气率和质量含液率
质量含气率：
质量含液率：
x
1 x
Gg G
Gg Gg Gl
Gl Gl G Gg Gl
（二）体积含气率和体积含液率
体积含气率 ：
Qg Q Qg Qg Ql
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 4
第三章 多相流流型及判别方法
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 7
第三章 多相流流型及判别方法
气团流 间 歇 流 分层光滑流 分 离 流 分层波浪流
段塞流
气泡流
分 散 流
环状流
雾状流
图3-1 水平气液两相流流型两类划分方法示意图
一、气液两相流流型 （一）水平或微小倾角（＜5º ）管中气液两相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 8
图3-11 水平管气水三相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 17
第三章 多相流流型及判别方法
（二）倾斜管气液液三相流流型 关跃波等人对倾斜下降管油气水三相流流型进行了实验，描述了各 种流型下的测量信号特征，将下降倾斜管中的气液液三相流型分为泡状 流、分层流、弹状流和环状流四种。但没有给出具体的流型示意图。 四、液固两相流 （一）水平管液固两相流流型示意图
G lθ ψ /G g ，无因次
图3-14 贝克流型分界图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 22
第三章 多相流流型及判别方法
为了便于在计算机上使用，可用圆锥曲线和直线对各流型分界线进 行回归，得到各流型的分界线： 1）分界曲线C1~C4的方程： t1 s1 C1: y 3.81875 0.9419619 其中： t1 = -0.2416111x-0.3066479 s1= t 12 -1.88392(-0.03503182x+0.0009900329)(x+1) t2 s2 y 3 . 95 C2: 1.253512
倾角超过30°时，流型变化接近垂直管路的流型。 二、液液两相流流型 （一）水平管液液两相流流型示意图
细泡流
分层流
波状流
弹状流
混合流
图3-8 划分较粗略的水平油水两相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 14
第三章 多相流流型及判别方法
在国内，西安交通大学的刘文红等人经过实验，提出了划分更细致 的水平管油水两相流的流型图：
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
气 油 水 油基/分离/弹状流(O-S-SL) 气 油 水 油基/弥散/弹状流(W-D-SL) 气 油 水 油基/弥散/弹状流(O-D-SL) 气 油 水 油基/分离/波状流(O-S-St.W) 水基/弥散/波状流(W-D-St.W) 油基/弥散/环状流(O-D-A) 气 油 水 油基/弥散/波状流(O-D-St.W) 气 油 水 气 油 水
其中： t3 = -0.1802189x-0.6310028
s3
C4:
= t 32 -1.68626(-0.06970762x+0.3322258)(x+0.1417911)
x 2.190299 t4 s4 0.05662227
其中： t4= 0.03879953y-0.5815664 s4= t 42 +0.1132445(-0.1796877y+0.7710848)(y-5) 2）分界直线：L1~L3的方程为： L1 : L2 : L3 :
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
wsg Qg A
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 2015-7-3 3
第三章 多相流流型及判别方法
滑动比：
s wg wl
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 15
第三章 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升管的液液两相流流型划分
细泡状流 弹状流
块状流
雾状流
图3-10 垂直上升油水两相流流型 三、气液液三相流
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 16
第三章 多相流流型及判别方法
（一）水平管气液液三相流流型
泡状流
弹状流
块状流
带纤维的 环状流 环状流
图3-5 垂直上升不加热气液两相流的流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 11
第三章 多相流流型及判别方法
2、垂直上升（立式）受热气液两相流流型 同水平蒸发管类似，由于加热，在垂直上升管中出现相变，其基本流 型演变过程为：
.
纯液状 泡状 弹状
环状
其中： t2 = 0.9651259x-2.929975 s2= t 22 +2.507024(-0.6786298x+1.371668)(x-0.3992537) t s3 C3: y 5.0 3 0.84313
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 23
第三章 多相流流型及判别方法
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 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升管液固两相流流型示意图
固定床流 临界流 聚式流 对称弹状流 不对称 弹状流 平端部 弹状流 散布状 流
图3-13 垂直上升管液固两相流流型示意图
图3-9 划分较详细的水平油水两相流流型
第一节 描述多相流的主要参数及其计算公式
以最常见的气液两相流（其它多相流可类推）为例，描述多相流的各 种参数有： 一、流量 （一）质量流量 单位时间内流过管路横截面的流体质量称为质量流量。对于气液两相 混输管路有： G Gg Gl
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 1
第三章 多相流流型及判别方法
不完全环状流
弥
散
流
图3-3 埃尔乌斯细分出来的两种流型 2、水平受热蒸发管气液两相流的流型划分 水平蒸发管由于加热，在管中出现相变，其基本流型演变过程为：
泡状 弹状 块状
波状
环状
图3-4 加热水平蒸发管气液两相流的流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 10
第三章 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升气液两相流的流型划分 1、垂直上升（立式）不加热气液两相流流型
（二）麦克达姆（MeAdam）计算式：
1
m
x
g
1 x
l
（三）西克奇蒂（Cieccheitti）计算式
m xg (1 x)l
（四）阿黑尼厄斯（Arrhenius）计算式
1H m lH g
L L
第二节 多相流的各种流型
多相流的流型划分通常有两类方法：一类是按照流体的外观形状来 划分；另一类则是根据相的分布特点来划分。通常说来，基于现象描述 的划分方法多用第一种，而基于流动机理的划分方法则多用第二种。
（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
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 19
第三章 多相流流型及判别方法
五、气固两相流 气固两相流的流动结构和液固两相流流型相似。
第三节 多相流流型判别方法
影响流型的因素很多，主要有以下几项： 1) 流型与各相流体流量 2) 流型与流体的物理性质 3) 流型与管径 4) 流型与倾角
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 20
雾状
纯气状
图3-6 垂直上升受热气液两相流的流型 从图中可以看出，管线在受热后仍保持了垂直管线流型的对称性这 一特点。 （三）垂直下降气液两相流的流型划分 图3-7 是气液两相流在管中垂直向下流动时的流型示意图。这种环状 流动结构和垂直上升气液两相流的环状流型相近，但流向相反。
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 12
四、含气率和含液率 （一）质量含气率和质量含液率
质量含气率：
质量含液率：
x
1 x
Gg G
Gg Gg Gl
Gl Gl G Gg Gl
（二）体积含气率和体积含液率
体积含气率 ：
Qg Q Qg Qg Ql
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第三章 多相流流型及判别方法
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 7
第三章 多相流流型及判别方法
气团流 间 歇 流 分层光滑流 分 离 流 分层波浪流
段塞流
气泡流
分 散 流
环状流
雾状流
图3-1 水平气液两相流流型两类划分方法示意图
一、气液两相流流型 （一）水平或微小倾角（＜5º ）管中气液两相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 8
图3-11 水平管气水三相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 17
第三章 多相流流型及判别方法
（二）倾斜管气液液三相流流型 关跃波等人对倾斜下降管油气水三相流流型进行了实验，描述了各 种流型下的测量信号特征，将下降倾斜管中的气液液三相流型分为泡状 流、分层流、弹状流和环状流四种。但没有给出具体的流型示意图。 四、液固两相流 （一）水平管液固两相流流型示意图
G lθ ψ /G g ，无因次
图3-14 贝克流型分界图
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 22
第三章 多相流流型及判别方法
为了便于在计算机上使用，可用圆锥曲线和直线对各流型分界线进 行回归，得到各流型的分界线： 1）分界曲线C1~C4的方程： t1 s1 C1: y 3.81875 0.9419619 其中： t1 = -0.2416111x-0.3066479 s1= t 12 -1.88392(-0.03503182x+0.0009900329)(x+1) t2 s2 y 3 . 95 C2: 1.253512
倾角超过30°时，流型变化接近垂直管路的流型。 二、液液两相流流型 （一）水平管液液两相流流型示意图
细泡流
分层流
波状流
弹状流
混合流
图3-8 划分较粗略的水平油水两相流流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 14
第三章 多相流流型及判别方法
在国内，西安交通大学的刘文红等人经过实验，提出了划分更细致 的水平管油水两相流的流型图：
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
气 油 水 油基/分离/弹状流(O-S-SL) 气 油 水 油基/弥散/弹状流(W-D-SL) 气 油 水 油基/弥散/弹状流(O-D-SL) 气 油 水 油基/分离/波状流(O-S-St.W) 水基/弥散/波状流(W-D-St.W) 油基/弥散/环状流(O-D-A) 气 油 水 油基/弥散/波状流(O-D-St.W) 气 油 水 气 油 水
其中： t3 = -0.1802189x-0.6310028
s3
C4:
= t 32 -1.68626(-0.06970762x+0.3322258)(x+0.1417911)
x 2.190299 t4 s4 0.05662227
其中： t4= 0.03879953y-0.5815664 s4= t 42 +0.1132445(-0.1796877y+0.7710848)(y-5) 2）分界直线：L1~L3的方程为： L1 : L2 : L3 :
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
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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
wsg Qg A
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：
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第三章 多相流流型及判别方法
滑动比：
s wg wl
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 15
第三章 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升管的液液两相流流型划分
细泡状流 弹状流
块状流
雾状流
图3-10 垂直上升油水两相流流型 三、气液液三相流
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第三章 多相流流型及判别方法
（一）水平管气液液三相流流型
泡状流
弹状流
块状流
带纤维的 环状流 环状流
图3-5 垂直上升不加热气液两相流的流型
多相混输技术的研究及其应用 2015-7-3 11
第三章 多相流流型及判别方法
2、垂直上升（立式）受热气液两相流流型 同水平蒸发管类似，由于加热，在垂直上升管中出现相变，其基本流 型演变过程为：
.
纯液状 泡状 弹状
环状
其中： t2 = 0.9651259x-2.929975 s2= t 22 +2.507024(-0.6786298x+1.371668)(x-0.3992537) t s3 C3: y 5.0 3 0.84313
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第三章 多相流流型及判别方法
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
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第三章 多相流流型及判别方法
（二）垂直上升管液固两相流流型示意图
固定床流 临界流 聚式流 对称弹状流 不对称 弹状流 平端部 弹状流 散布状 流
图3-13 垂直上升管液固两相流流型示意图