哈工程两相流第2章.ppt

j f 2
3.坐标参数
横坐标：分液相动压头
j
2 f
(1
x)2 G2
纵坐标：分气相动压头
jg2 G2x2
上节重要知识点
1. 两相流型的定义，与单相流的区别； 2. 研究两相流流型的意义？ 3. 影响两相流流型的因素？ 4. 垂直上升绝热、加热直圆管中的流型分
别有哪些？每种流型的特征和出现的范 围是什么？
1. 计算气相折算流速和液相折算流速；
23..令由初判1 所在2，的根1区据域流，型进图行进流行型初分判界。计算。
即利用表2-2确定 再查图。 4.最后判定流型。
，而后计算
1，2
j f , jg
2 1
本章小结
1.何谓两相流的流型？研究流型的意义？影响流型的因 素？ 2.水平、垂直上升、垂直下降不加热管中存在哪几种流 型？各有什么特征？出现范围？ 3. 什么叫淹没起始点？液体全部被携带点？流向反转点？ 淹没消失点？ 4.判别淹没，流向反转，液体全部被携带点的判据。 5.掌握用流型图(Weisman图、Baker图)判别流型的方法。
当继续增加气体流量，达到某一点时，气体 将全部液体带出试验段，此点称为液体被全部携 带点。
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。
J
* G
m
也可用库塔杰拉兹数来表达液体全部携带点
1
Ku
g
JG 2
1
4
(2-17)
1
Ku
J
G
N
4 B
3.2
3. 研究淹没和流向反转的重要性
3. 研究淹没和流向反转的重要性
1）反应堆出现破口事故时，安注系统的投入，需要 避开淹没产生的条件，保证冷却水进入堆芯，冷却燃料棒；
2）破口事故时，一回路循环工质将沿与蒸汽发生器 底部相连的水平管流回反应堆，在自然循环作用下带出堆 芯热量，此时会在水平管处产生气液逆向流动，可能会发 生淹没现象，因此对水平管内淹没现象发生条件还需进 一步的研究。
（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。
5.环状流-细束环状流过渡
这个过渡不太容易分辨，沃利斯（Wallis）经过 实验提出了一个近似表达式
'
jg
7
0.06
''
jf
当这个公式满足时，就是这个过渡的开始。
采用Weisman流型图判别流型的步骤
性减小，接近竖直管中的流型。 注意：从工程角度，避免水平布置；当水平布置时，需要提高 入口水的流速，使Wo>>1m/s，可避免波状流。
流型图遵循四原则
简 主适 发 易 导用 展 性 性性 性 原 原原 原 则 则则 则
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）
三.流型图
目前广泛采用的流型图均 为二元的，其坐标为流动参 数或组合参数。
选用右图流型图注意 jg 2
1. 实验条件 Di=31.2mm; P=0.14-
0.54MPa, 流动工质是空气和水。 2. 该图和应用P=3.45-
6.9MPa, 汽水混合物在Di=121.7mm
管 子中得到的实验数据符合良
P
2) ,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。
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。
(2)出现范围
1)在P<Pcr，0<x<1下都可能出现； 2)发生在气相流速较高时。
5.细束环状流 当液相流速较大时，气柱中液滴量
增多，使小液滴连成串，向上流动。与 环状流不易区分。
2.3垂直下降管中的气液两相流流 型及其流型图
一. 流型的分类
1.泡状流
2.弹状流 3.下降液膜流 4.带气泡的 下降液膜流
5.块状流 6.雾式环状流
1.泡状流
特征: 1)气泡集中在管子中心部分 2)气泡尺寸更小，更接近于球形。
2.弹状流
若 M co，ns则t, x气泡将聚集成气弹。 特征：
1)气弹较长，尾部呈球形； 2)下降流时贴壁面液膜向下流动，故比上升流 时稳定。
3.环状流
(1)下降液膜流
当 M , M 小时，有一层液膜沿管壁下流，核心部分为 气相，液膜中无气泡。
(2)带气泡的下降液膜流
当 M 时，由于惯性的作用，气相将进入液膜。
(3)块状流
当M , M较 高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用， 核心为雾状气柱。
4. 波状流
气相流速足够高时，由于气相的作用，在界面上产生一个扰动波，扰 动波向前推进向波浪一样，形成波状流。
5. 弹状流
在波状流基础上，随着气相流速的增加，会使这些扰动波碰到流道的 顶部表面，形成气弹。 弹状流与塞状流的区别
(1)弹状流的气相流速低于塞状流的； (2)气弹顶部无液膜； (3)塞状流由泡状流过渡而来，弹状流由波状流过渡而来。
j
* g
1 3/2
2
3. 弹状流-乳沫状流过渡
(1)淹没机理
上升的气流使平稳的气液界面遭到 破坏，下降的液膜产生流向反转从而 破坏了稳定的弹状流。这个机理最早 是由Nicklin和Davidson提出的，可
以 采用淹没关系式表达这一过渡。
(2)液柱失稳机理(Taitel) (3)泰勒气泡尾流影响机理
1.气液两相流体在流动过程中，两相之间存在 分界面，这就是两相流区别于单相流的重要特 征。
2.两相流中两相介质的分布状况，不同的界面 分布就构成了不同的两相流流型。
二.研究流型的意义
1.流型影响流体的换热特性； 2.流型影响压降特性； 3.流动不稳定性与流型有关； 4.建立流动模型与流型密切相关。
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
B 图2-31 淹没过程的压降和流量变化
液体流量一定，当气体流量增加到某一点时， 环状液膜表面出现较大的波浪，管段内压差突然升 高，注水器上部有水带出，此点即为淹没开始点。
出现的特征之一：注水器以下管段中压差突然 升高。
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。
f
db
c
0.74 / 1/ 3
5
1
(2)低液相流速下，空泡份额 0（.2T5aitel等（1980年）)
(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 引起泡状流向弹状流的转变.
一.水平不加热管中的流动型式
1.泡状流
气泡趋于管道上部，下部较 少。其分布与流速关系很大。 液相流速增大，分布趋于均匀。
2.塞状流
气泡聚结长大而形成气塞， 与垂直上升流中弹状流相似。 大气塞后有小气泡，由泡状流 过渡而来。
3. 分层流
特征： (1)出现在 W都,W比较小的情况； (2)两相完全分离，气相在管道上方流动； (3)气液之间有明显的分界面。
第二章 两相流的流型和流型图
本章主要内容
1.流型的定义、影响流型的因素; 2.竖直上升绝热管、竖直下降绝热管、水平绝热管 中存在的流型、特征及出现范围; 3.管内淹没和流向反转的产生及判别; 4.流型的过渡及判别； 5.采用流型图判别流型的方法。
2.1 研究流型的意义
一.何谓两相流的流型?单相流与两相流的区别？
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

0.5
1
x
x
0.75
4
' ''
(2)波的失稳机理. 波状分层流向间歇流之间的过渡是 由于气相通过波形交界面的波峰处受到加速，产生局部压力 降落，使峰部同时受到抽吸作用，若抽吸力大于峰部重力效 应时，波峰便会扩大，产生流型的过渡。Wallis根据实验数 据给出了弹状流起始条件为：
2.淹没和流向反转过程的表达式
1）.发生淹没(液阻)的条件
引入两个无量纲量
和 反映了惯性力与重力的比值，Wallis给出，发生
淹没时满足以下条件：
（2-11）
式中，m和c是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可 有试验来确定。一般情况下，m<1,c<1.
2）发生流向反转的条件
J
* G
0.7
3）液体被全部携带点判定条件
6. 环状流
受重力作用，周向液膜厚度不均匀。 出现在气相流速较高、流量比较大，而液相流速较低时。当壁面粗糙 时，液膜可能不连续。
水平不加热管中的流型图片