气液两相流
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。
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
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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。
气液两相流
热物理量测试技术1概述两相流广泛应用于热能动力工程、核能工程、低温工程以及航天领域等许多领域。
所谓两相流，广义上讲是指一种物质或两种物质在不同状态下的流动，其中气体和液体一起流动称为气液两相流。
对于两相流中的气液混合物，它们可以是同一种物质，即汽—液(如水和水蒸气)，也可以是两种不同的物质，即气—液(如水和空气混合物)。
气液两相流是一个相当复杂的问题，。
在单相流中，经过一段距离之后，就会建立一个稳定的速度场。
但对于两相流，例如蒸汽和水，则很难建立一个稳定的流动，因为在管道流动中有压降产生，由于此压降作用会产生液体的蒸发，所以在研究气液两相流时必须考虑两相间的传热与传质问题。
两相流学科还处于半经验半理论阶段，对于两相流的流动和传热规律进行研究时，除了依靠各种数学物理模型外，还要依靠实验，这就需要两者相结合从而更好地进行研究。
2两相流压降测量[1]压降，即两相流通过系统时产生的压力变化，是两相流体流动过程中的一个重要参数。
保持两相流体流动所需的动力以及动力系统的容量和功率就取决于压降的大小。
一般说来，两相流体流动时产生的压降一般由三部分组成，即摩擦阻力压降、重位压降、加速压降，管道系统出现阀门、孔板等管件时，还需测量局部压降。
目前，常用差压计或传感器来测量两相流压降。
2.1利用差压计测量压降应用差压计测量气液两相流压降的测量原理图如图1所示。
所测压降为下部抽头的压力与上部截面上可列出压力平衡式如下：抽头压力之差。
在差压计的Z1（2.1）式中，为取压管中的流体密度；为差压计的流体密度。
由（2.1）可得：（2.2）由上式可知，要算出压降的值，必须知道取压管中的流体密度和差压计读数。
当管中流体不流动时：（2.3）式中，为两相混合物平均密度。
将式（2.3）代入（2.1）。
可得两相流体静止时，差压计中读数如下：（2.4）图1气液两相流系统中的压降测量从上面的方程式可知，为了从差压计得到压降，确定取压管中流体密度是十分重要的，这意味着取压管中的流体必须为单相液体或气体。
气液两相流重力热机
气液两相流重力热机
气液两相流重力热机是一种利用气液两相流体的能量转换技术，将重力势能转化为热能的装置。
这种热机利用了气液两相流体的特性，通过控制流体的流动和相变，实现了高效的能量转换。
气液两相流重力热机的基本原理是，当气液两相流体在重力场中流动时，由于流体的密度和速度不同，会产生压差，从而产生能量转换。
具体来说，当气液两相流体从高处流到低处时，由于重力作用，流体的速度会增加，同时气相的体积分数会增加，而液相的体积分数会减少。
这样就会产生压差，使得流体具有能量。
为了实现高效的能量转换，气液两相流重力热机采用了一些特殊的设计和技术。
首先，设计者会根据实际需求和条件，选择合适的气液两相流体，并确定最佳的流动路径和相变条件。
其次，为了提高能量转换效率，可以采用一些特殊的结构和材料，如多孔介质、填料床等，来增加流体的停留时间和降低流动阻力。
最后，还需要对气液两相流体的流动和相变进行实时监测和控制，以确保稳定的能量输出。
气液两相流重力热机的应用非常广泛，可以用于各种需要将重力势能转化为热能的场合。
例如，可以利用气液两相流重力热机来回收和利用废热、提供辅助能源、供暖等。
此外，气液两相流重力热机还可以与其他能源技术相结合，如太阳能、风能等，以提高能源利用效率和降低环境污染。
总之，气液两相流重力热机是一种高效、环保的能量转换技术，具有广泛的应用前景和价值。
低温气液两相流流动表征和计算
低温气液两相流流动表征和计算低温气液两相流是指在低温条件下，气体和液体同时存在于流体流动中的一种现象。
在低温工程、能源开采和石油化工等领域中，了解低温气液两相流的流动表征和计算方法具有重要意义。
流动表征是指对低温气液两相流的流动特性进行描述和分析。
低温气液两相流的流动特性与温度、压力、物质性质等因素有关，因此需要通过实验和数值模拟等手段进行研究。
在低温气液两相流的表征中，流型是一个重要的概念。
流型是指在不同工况下，气液两相所处的流动状态和特征。
常见的流型有静态平均流型、气泡流型、液膜流型和液滴流型等。
在研究低温气液两相流时，需要根据流型的不同来选择适当的模型和计算方法。
另一个重要的流动表征指标是相对速度。
相对速度是指气相和液相之间的相对速度差。
相对速度的大小直接影响了气液两相流的混合程度和传质传热效果。
因此，准确地计算相对速度是研究低温气液两相流的关键。
对于低温气液两相流的计算方法来说，一般可以采用实验方法和数值模拟方法。
实验方法是通过在实验室中建立合适的试验装置来研究低温气液两相流的流动行为。
在实验过程中，可以通过测量压力、温度、液相体积分数等参数来获取相关数据，从而得到低温气液两相流的流动特性。
数值模拟方法是通过建立数学模型和计算流体力学（CFD）模拟来研究低温气液两相流的流动行为。
数值模拟方法相对于实验方法具有成本低、时间短、数据全等优势。
通过数值模拟可以分析流场、相对速度分布、相界面变形等参数，并预测流动特性。
在低温气液两相流的计算中，需要考虑多个流动因素。
首先是两相流的力学特性，涉及到气相的扩散性和液相的黏性。
其次是两相流的热力学特性，需要考虑气液相的温度和压力变化。
最后是两相流的传质传热过程，包括气相和液相的质量传递和能量传递。
为了准确计算低温气液两相流的流动特性，需要建立适应不同流动条件的数学模型。
常见的数学模型包括多相流模型、湍流模型和传热模型等。
不同的数学模型可以应用于不同的流动表征和计算需求。
反应器工程中气液两相流的传质传热特性
反应器工程中气液两相流的传质传热特性随着工业和科技的不断发展，人们对反应器工程的需求越来越大。
反应器工程中的气液两相流是一种非常常见的流体现象，尤其在化学反应器中更为显著。
此类流体现象涉及到多个重要参数，如传质系数、传热系数、液体的浓度、以及气液的动力学行为等等。
了解反应器工程中气液两相流的传质传热特性，对于提高反应器工程的效率和稳定性，具有重要的意义。
一、气液两相流的传质气液两相流的传质现象一般介于分子扩散和对流扩散之间。
其传质速率受到了许多因素的影响，如总质量传递系数、液体和气相之间的传质系数、以及气液两相之间的物理性质等等。
在反应器工程中，气液两相流的传质通常是由化学反应的发生和物质传递的需求所产生的。
化学反应通常是以气相中的一个或几个成份的浓度变化为基础的。
反应速率通常受限于气、液相中的物质之间的传质速率。
因此，有效控制气液两相流的传质速率，可以提高反应的稳定性和效率。
此外，变化的传质速率还可以改变容器外部的温度和压力，从而实现反应的控制。
二、气液两相流的传热气液两相流的传热特性受到许多因素的影响。
气液两相流的传热过程是一个复杂的过程。
它在很大程度上与流量、液体的浓度、环境温度和湿度、以及交错流动的气相和液相之间的湍流等因素有关。
气液两相之间的传热系数是对气液两相之间传热能力的度量。
它是指在给定比例下气相向液相传热的能力。
在经典气液传热传质研究中，由于液相的传热系数数值大于气相传热系数数值，因此通常认为气液传热以液相传热为主。
然而，在气液两相流中，气相具有较快的动力学响应速度会产生涡流，液相在其前端形成流动的薄膜。
液态和气态的交叉流动促进了气液两相之间的传热，从而提高了传热系数的数值。
因此，对气液两相之间的传热研究，需要考虑到对液相和气相(液态边界层)的传热两个过程的影响。
三、气液两相流的气液传质模型对气液两相之间传质现象进行数值模拟是研究气液两相之间传质效果的最好方法之一。
这种模型通常包括了大量输入参数，如反应器内部温度、物质浓度、气体流量、以及物质浓度在不同位置的分布。
第2章 气液两相流的模型
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
气液两相流工况下阀门流量系数计算公式探讨
气液两相流工况下阀门流量系数计算公式探讨示例文章篇一：《气液两相流工况下阀门流量系数计算公式探讨》嗨，小伙伴们！今天咱们来聊聊一个特别有趣又有点复杂的事儿——气液两相流工况下阀门流量系数计算公式。
你可能会想，这是啥呀？听起来就好难懂呢！不过呀，跟着我，就像跟着一个小探险家一样，咱们一起去弄明白这个事儿。
我先给大家讲个小故事吧。
在我们学校有个小实验，就有点像这个气液两相流的情况呢。
我们做的是水和小气泡混合着在一个小管道里流动的实验。
当时呀，那个管道就像一个小小的世界，水就像是勤劳的小蚂蚁，气泡就像是调皮的小精灵。
水在努力地往前跑，气泡呢，蹦蹦跳跳地跟着。
这时候如果有个小阀门，就像一个小守门员一样，它会影响水和气泡前进的速度和多少，这个影响就和阀门流量系数有关系啦。
那到底这个阀门流量系数是啥呢？就好比是一个魔法数字，这个数字能告诉我们在气液两相流这种特殊情况的时候，阀门会让多少气体和液体通过。
这可不像咱们单纯算水的流量或者空气的流量那么简单哦。
比如说，你想知道一群小蚂蚁（水）和一群小精灵（气泡）一起通过一个小门洞（阀门）的速度和数量，这就不是只看小蚂蚁自己或者小精灵自己的速度能知道的事儿了。
我去问过我们的科学老师，老师说呀，计算这个阀门流量系数的公式可复杂啦。
这里面有好多东西要考虑。
比如说，气液两相的密度呀，这就像小蚂蚁和小精灵的体重一样。
小蚂蚁重一点（水的密度大一点），小精灵轻一点（气体的密度小一点），它们在阀门这个小守门员面前的表现就不一样。
如果小蚂蚁太多太重，那可能就会把小精灵挤到一边去，那通过阀门的情况就会很不一样。
还有呢，气液两相的流速也很重要。
就像小蚂蚁和小精灵跑步的速度。
如果小蚂蚁跑得特别快，小精灵跑得慢，那它们到阀门这个地方的时候，就会互相碰撞、互相影响。
这时候阀门流量系数的计算就不能按照它们单独跑的情况来算了。
我有个同学叫小明，他特别聪明。
他说呀，这个气液两相流工况下阀门流量系数计算公式就像是一个神秘的宝藏地图，上面有好多线索，我们要把这些线索都找齐了，才能找到宝藏（正确算出这个系数）。
气液两相流应用
气液两相流应用以气液两相流应用为题，我们将探讨气液两相流在不同领域的应用。
气液两相流是指同时存在气体和液体的流体状态，常见的应用包括石油工业、化工工艺、能源系统等。
在这些领域，气液两相流的研究和应用具有重要的意义。
气液两相流在石油工业中的应用十分广泛。
石油开采过程中，常常需要将地下的油气通过管道或井筒运输到地面。
在这个过程中，由于地下油气的特殊性，常常会形成气液两相流。
研究气液两相流的流动规律能够帮助工程师更好地设计和运营油气输送系统，提高输送效率。
化工工艺中的气液两相流应用也非常重要。
在化工生产过程中，常常需要进行气体和液体的混合反应或分离。
气液两相流在这个过程中起到了至关重要的作用。
研究气液两相流的传热、质传和动量传递规律，能够帮助工程师优化化工反应器的设计和操作参数，提高生产效率和产品质量。
能源系统中的气液两相流应用也备受关注。
例如，核电站中的蒸汽发生器就是一个典型的气液两相流装置。
蒸汽发生器中的核燃料产生的热量将水转化为蒸汽，然后驱动汽轮机发电。
研究气液两相流的动态特性和传热规律，能够帮助工程师更好地设计和优化蒸汽发生器，提高核电站的发电效率和安全性。
气液两相流还广泛应用于环境保护和污水处理领域。
例如，在废气处理中，常常需要将废气中的有害物质与液体进行接触和吸收，以实现废气的净化。
气液两相流技术可以提高废气与液体的接触面积，加快吸收反应速度，从而提高废气处理的效率。
在污水处理中，气液两相流也常被用于气浮和曝气等工艺中，通过气泡的作用来提高污水中悬浮物的去除效果。
气液两相流在石油工业、化工工艺、能源系统以及环境保护等领域都有重要的应用。
研究和应用气液两相流技术，能够帮助工程师更好地设计和优化工艺装置，提高生产效率和产品质量，同时也有助于保护环境和提高能源利用效率。
随着科学技术的不断进步，相信气液两相流技术在更多领域的应用将会得到进一步的拓展和深化。
《2024年水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》范文
《水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究》篇一一、引言随着能源、化工等领域的不断发展，水平管内气液两相流的研究变得日益重要。
在许多工业过程中，如石油开采、管道输送、冷却系统等，都需要对气液两相流进行深入的研究。
气液两相流的流型对管道的输送效率、安全性能以及系统设计都有重要的影响。
因此，本文对水平管内气液两相流的流型进行了数值模拟与实验研究，以期为相关领域的实际应用提供理论依据和参考。
二、流型分类与数值模拟方法水平管内气液两相流的流型主要分为泡状流、弹状流、泡状-弹状混合流、环状流等。
这些流型具有不同的流动特性和相互转换的规律。
为了更好地研究这些流型的特性，本文采用了数值模拟的方法。
数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）方法，通过建立数学模型，对不同流型下的气液两相流进行模拟。
在模拟过程中，考虑了流体物性、管道尺寸、流动速度等因素对流型的影响。
同时，采用适当的湍流模型和两相流模型，对气液两相的相互作用和流动特性进行描述。
三、实验研究方法与结果分析为了验证数值模拟结果的准确性，本文还进行了实验研究。
实验采用水平管道装置，通过改变气液流量、管道尺寸等参数，观察并记录不同流型下的流动特性。
实验结果表明，随着气液流量的增加，流型逐渐由泡状流向环状流转变。
在泡状流中，气泡分散在连续的液相中；在弹状流中，较大的气泡或气团交替出现在连续的液相中；而在环状流中，气体核心包裹着液体在管道中流动。
这些流型的转换规律与数值模拟结果基本一致。
此外，实验还发现，管道尺寸对流型也有显著影响。
当管道直径增大时，更易形成环状流；而当管道直径较小时，更易形成泡状或弹状流。
这为实际工程应用中管道设计和优化提供了重要的参考依据。
四、数值模拟与实验结果对比分析将数值模拟结果与实验结果进行对比分析，可以发现两者在流型转换规律和流动特性方面具有较好的一致性。
这表明本文采用的数值模拟方法具有较高的准确性和可靠性，可以为实际工程应用提供有效的预测和指导。
汽液两相流动的基本概念
汽液两相流动的基本概念1. 引言汽液两相流动是指同时存在气体和液体两相的流动现象。
它在工程中具有重要的应用，如化工、石油、能源等领域。
本文将介绍汽液两相流动的基本概念，包括定义、特点、分类以及常见的流动模式等内容。
2. 定义汽液两相流动是指气体和液体同时存在并在一定空间内同时流动的现象。
在这种流动中，气体相和液体相之间存在明显的相互作用力，例如气泡、液滴、涡旋等。
3. 特点汽液两相流动具有以下特点：3.1 多相特性汽液两相流动中同时存在气相和液相，因此它是一种多相流动现象。
在流体动力学和传热学中，对多相流动的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
3.2 相互作用力汽液两相流动中，气体相和液体相之间存在相互作用力，这种力是流动过程中重要的影响因素之一。
例如在气泡形成和液滴破裂过程中，相互作用力的变化会导致流动特性的变化。
3.3 相变现象在汽液两相流动过程中，气体相和液体相之间可能发生相变现象。
相变现象会引起流动特性的变化，如气泡融合会导致流动阻力的增加。
4. 分类汽液两相流动可以根据流动性质、流速、液体表面张力等因素进行分类。
4.1 流动性质分类根据气体和液体相对流动速度的大小，可以将汽液两相流动分为气体连续相和液体连续相两种情况。
当气体相速度远大于液体相速度时，称为气体连续相，反之称为液体连续相。
4.2 流速分类根据流速的大小，可以将汽液两相流动分为亚临界流动和超临界流动两种情况。
亚临界流动是指流速低于气体临界速度的流动，超临界流动是指流速高于气体临界速度的流动。
4.3 表面张力分类根据液体表面张力的大小，可以将汽液两相流动分为低表面张力流动和高表面张力流动两种情况。
低表面张力流动指的是液体表面张力较小的流动，高表面张力流动指的是液体表面张力较大的流动。
5. 常见的流动模式汽液两相流动中常见的流动模式包括气泡流动、液滴流动、涡旋流动等。
5.1 气泡流动气泡流动是指在液体中存在气泡并随流体流动的过程。
气液两相流的流动与传热特性分析
气液两相流的流动与传热特性分析第一章绪论气液两相流是指在管内同时存在气相和液相的流体系统，广泛存在于化工、核能、石油、环境保护等领域。
气液两相流的性质复杂，不同于单相流，具有热质传递、固液分离、波浪波跃、喷射雾化等特点，因此近年来引起了学术界和工业界的广泛研究和应用。
本文将分析气液两相流的流动和传热特性，以期为气液两相流的研究提供一定的参考。
第二章气液两相流的分类和性质气液两相流可分为气体和液体相的接触和融合两种形式。
在接触形式中，气相和液相通过界面相互接触，形成泡沫、滴、膜或者液柱等结构，这种形式的气液两相流有着非常广泛的应用，例如泡沫塔、浮选、废水处理等；而融合形式则是泡沫或液滴在固体表面形成时液滴或泡沫发生融合，形成液膜或多孔材料衬垫，这种形式也有着广泛的应用，例如沉积薄膜、吸附剂等。
气液两相流的性质有着很强的诱导物质传递的能力，液相在气液界面上具有很高的活性质量，液滴和泡沫的直径很小，故它们的表面积很大，能够大大提高物质传递的速度和效率；同时，由于气液界面的存在，气液两相流还可以通过表面活性剂的加入在各个方面得到优化。
第三章气液两相流的流动特性气液两相流的流动特性，是指流体在管内或通道内的流动规律和物质传输规律等，是气液两相流传热的基础。
气液两相流的流动特性在不同应用环境下会发生很大的变化，例如流动状态、相对速度、相分布、颗粒形状、流体性质等都可能影响气液两相流的流动特性。
气液两相流的流动过程可分为单向流动和往返流动两种形式。
单向流动是指气体和液体分别自上往下或自下往上依序流动；而往返流动则是指液体在一方向流动过后再在相反方向流动，这种运动形态可以产生较为强烈的液相运动，从而增加了物质传递的效率。
第四章气液两相流的传热特性气液两相流传热是指在气液两相流中，气体和液体相互作用，形成温度差，从而引起的热传递过程。
气液两相流的传热性能对于增加热传递效率和提升传热效果具有十分重要的意义，在工业和科学研究中都有非常广泛的应用。
气液两相流动
1.2 多相混合物流动图例
水平井筒中的 气液两相流
第五章 气液两相流动
第一节 多相混合物特征
1.2 多相混合物流动图例
欠平衡钻井环空 内的气液两相流
第五章 气液两相流动
第一节 多相混合物特征
1.2 多相混合物流动图例
多相流在油气储运工程中的应用
气
油
θ
水
气
油
θ水
第五章 气液两相流动
体积流量 Q
气相体积流量QG 液相体积流量 QL
Q = QG + QL
QG = WG / ρG
QL = WL / ρL
第五章 气液两相流动
2.1 基本参数
第二节 气液两相流动基本方程式
6．体积含气率 β 和体积含液率 (1−β)
β =QG / Q= QG / ( QG + QL) (1 -β) = QL / Q = QL / ( QG +QL)
dvG
= WGdvG + dWGvG
− ALdp − dfL − S − ALdzρL g sinθ
= WLdvL + dWLvL
第五章 气液两相流动
2.2 基本方程
第二节 气液两相流动基本方程式
动量守恒
分相流动
− ALdp − dfG − dfL − g sinθ dz( AL ρL + AG ρG ) = d (WLυL + WGυG )
多相混合物静力学特性（固液流动）：
由于颗粒密度不同，颗粒可能会上升或下沉，因此在许多多相混合物中 会发生相的分离。这种现象在静止状态下经常见到，可以由颗粒极限沉 降速度表征。
若颗粒互不相影响，那么颗粒层流沉降速度为：
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。
气液两相流体力学
气液两相流体力学
3. 分层流 气相在管道上部相连,液相在管道下部流动,它们之间出现分层, 界面比较平坦. 4. 波状流 气液分层面由于扰动的增加,开始出现波浪. 5. 块状流 波状流中的波浪与管道顶端接触,并将气相分割为大气泡.但管 道上部壁面不存在连续液膜. 6. 环状流 管道中部形成气相通道,但上部液相环较薄. 7. 雾状流 管壁上的液膜被吹散,液滴分散在气相中. 9.2.3 加热管中的流型 与不加热管中类似,但由于液相的蒸发,上述所述流型连续出现.
8
气液两相流体力学
T= 1
ρ
' ( ρ g Tg + ρl'Tl ) =
1
ρ
' ( ρ g Tg + ρl'Tl )
3. 状态方程 气相为完全气体时,状态方程为:
' pg = ρ g RgTg = βρ g RgTg = β p
即: p = ρ g RgTg 对于液体,一般可以认为其仅与温度有关 ρl = ρl (Tl ) 对于热平衡状态下的气液两相混合物,气体为完全气体,液体 为不可压缩,则有:
6
气液两相流体力学
' ρ g = M g V = βρ g
单位体积混合物所含液相的质量为液相浓度.
ρl' = M l V = (1 β ) ρl
2. 混合物流动密度 流过通道某截面的质量流量和体积流量之比称为混合物流动密度.
ρ=
qm ρ g qvg + ρl qvl = = βρ g + (1 β ) ρl = ρ 0 g + ρ 0l qV qV
vc = qmg + qml Aρl
ρg = v +v ρl 0 g 0l
气液两相流的流型识别及其对传热的影响
气液两相流的流型识别及其对传热的影响气液两相流指的是气体和液体同时存在的流体。
在实际应用中，气液两相流广泛存在于生产、科研和工业生产等领域中，如汽车发动机、炼油装置、化工反应器等。
对气液两相流的研究，是实现流体控制和输运的关键之一。
气液两相流的流型识别是研究气液两相流的重要方向之一。
流型指的是在气液两相流中形成的不同流动状态。
通过对不同流型的识别与分析，能够对两相流的流动特性和传热情况进行更加深入的研究。
由此可以进一步探讨气液两相流在热工工程中的应用和优化。
不同的流型对传热有着不同的影响。
在气液两相流热传过程中，泡式流型的传热系数最大，涡流流型次之，膜式流型传热系数最小。
因此，在热流体系统中，选择不同的流型有利于优化整个系统的传热效果。
气液两相流的流型可以分为单相流和多相流。
单相流是指气体流体或液体流体单独存在的情况，而多相流则是指气液两相同时存在的流动状态。
在多相流中，气液两相的界面形态会对流态的变化产生显著的影响。
这主要是由于气液间的表面张力力所引起的。
基于这一特点，研究者们提出了许多基于气液界面形态的流型划分方法。
其中，常用的包括视觉识别法、传感器测量法等。
视觉识别法最初是利用摄像机记录气液两相的运动过程，再通过数字图像处理技术进行识别。
但该方法受到成本和数据处理量等因素的限制。
传感器测量法是利用不同的传感器对气相和液相进行测量，并通过不同参数的对比判断出流型。
这种方法优点在于数据精度高，但实际操作难度较大。
流型识别方法的应用，对于热交换器等传热设施的优化有着重要作用。
基于对不同流型特征的理解，开发新型气液两相流传热设备可以改善整个过程中的传热效果。
例如，修正或添加散热片、增加液相作为传热介质、利用电场等办法，均是常用的对不同流型进行优化调整的方式。
总之，气液两相流的流型识别对于实现流体控制、优化传热效果具有重要作用。
通过不同的识别方法进行分析，可以开发新型气液两相流传热设备和制定不同的传热策略，促进气液两相流的应用，在工业化和科研领域中发挥更大的作用。
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• 为了对储液器与主回路间液体交换进行监 控,在储液器与回路的连接管上布置了3个温 度测点,参考系统结构图。因为在系统运行 过程中,储液器的温度始终要高于泵的入口 温度,当3个温度测点温度下降时,说明有液 体从主回路返回储液器,当3个温度测点的温 度接近于储液器时,说明有液体流出储液器; 当3个温度测点的温度基本一致时,说明补液 管内流体基本不动。
机械泵驱动两相冷却系统
制冷及低温工程
赵东 Y20120158
• 在应用于空间冷却的诸多技术中,两相循环 冷却技术应用了饱和工质吸热气化温度不 变的特性已经被证明是最适合航天器在太 空轨道运行时的热控技术之一。 •目前,两相冷却系统在空间项目的研究和 应用中主要以毛细力驱动的热管的形式为 主。
• 为了克服传统热管在驱动 力、散热能力和传热距离 上的限制,逐渐出现了以 下几种热管
系统结构图
机械泵驱动两相冷却系统的工作原理 • 机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵 为驱动力的封闭式相变传热设备。 • 循环工质在蒸发段收集了热量以后，再通 过机械泵将其循环至冷凝器，并通过辐射 板将热量散出。
使用过程中注意的问题
• 为了避免机械泵气蚀，泵的入口应该保持 比蒸发温度低5℃的冷度液体。从泵出来的 工质如果直接流入蒸发段吸热，则散热段 的温差至少要大于5℃，因为过冷液体首先 要以显热的方式散热然后再进入到饱和态。 这样两相冷却的恒温冷却的优势就难以发 挥，特别是对热控要求较高的空间探测装 置。因此要在蒸发段的入口前用预热器将 液体加热到饱和状态。
• 航天探测发热元件具有发量大、热流密度 较高和温度控制要求更苛刻的趋势，这使 得主动式热控系统管路越来越长，结构更 加复杂，传统的毛细泵驱动环路CPL/LHP 系统在驱动能力和控温精度方面都很难实 现这样的散热任务，而多支路并行蒸发回 路系统设计一直是CPL/LHP难以解决的问 题，实验表明CPL/LHP在启动方面条件求 苛刻，当边界温度变化较大的条件下会出 现失稳现象。
• 对于一个封闭系统,如果忽略管路的压降,则 绝对压力应该处处相等,而在相变过程中压 力和蒸发温度是相对应的。在散热过程中, 蒸发段和储液器均为两相状态,因此可以通 过安装在上面储液罐的加热器和半导体制 冷片来对罐内的工质进行温度调节,从而实 现蒸发段回路的蒸发温度控制。此外储液 器内的工质还可以补充系统在长期运行过 程中的泄漏。
CPL原理结构图
LHP原理结构图
• 在系统的启动方面,CPL系 统正常工作之前要先保证 毛细芯浸润,所以需要对 储液器加热将工质传送到 蒸发器毛细芯的预热过程；
• LHP可以不通过预热阶段而直 接用在热源散热上,但是在启动 初期,系统性能很不稳定,特别是 在系统充注的工质较多或者热 负荷较小的情况下,启动需要很 长时间,温度也会出现大幅度震 荡。
•泵驱动系统则不需 要预热过程而直接 启动,通过控制电机 的输入电压,逐步达 到工作的稳定点。
组成
• • • • • 机械泵 蒸发器 冷凝器 储液罐热交换器 连接管道等几大部分
表 1
名称ห้องสมุดไป่ตู้型号
蒸发器 直通式铜管 冷凝器 双支路并行方式结构
换热器 套管逆流换热器
机械泵 直流齿轮泵，流量范围为0~11g/s连续可调 储液器 容积0.99L
热管的分类
• • • • • 分离式热管； 脉动式热管； 吸附式热管； 毛细泵热管(Capillary Pump Loop, CPL) 环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)等。
•其中CPL和LHP的出现被认为是两相流冷 却技术新的突破,在飞行器中的应用也最为 广泛,二者在原理上相同,只是在具体的结构 上存在一些差别；
• • • • 难启动； 启动时间长； 毛细力有限； 启动条件比较苛刻等
机械泵为驱动力两相冷却系统
• 以机械泵为驱 动力两相冷却 系统是近年热 控技术方面的 研究热点
由于驱动力的提高， 机械泵驱动两相流冷 却系统的压力流量对 应关系稳定，驱动力 大，可控性强，也使 得在处理并行支路的 结构设计问题方面发 挥了优势。
热交换器
• 热交换器的作用是将蒸发器出口的两相流 体和从泵来的过冷液体进行耦合换热，使 得进入蒸发器的液体接近于饱和点，这在 太空应用中比较紧张的能源预算下是行之 有效的。
结构图介绍
• 其主要部件与系统结构图的工作原理图基本一致,具体尺 寸可以参考表1。其中冷凝器分为WAK和RAM两块,放置 在1m×1m×1m的微小气候箱中,以模拟在太空中冷凝器 的边界温度。在实际空间应用过程中,两块冷凝器将被安 装在方向相反的辐射板上,以确保至少有一块是朝向温度 比较低的太空。而其他主要部件放置于3m×2· 6m×2m的 恒温气候箱内,并选用聚乙烯高发泡体PEF材料进行保温, 气候箱的控温精度均为±0· 5K。为了模拟发热源,沿蒸发 器回路贴有发热电阻,发热量为0~300W连续可调。为了对 系统的温度和压力进行监控,在各个主要部件都布置了测 量精度为±0· 2℃的T型热电耦和测量精度为±0· 1℃的 Pt1000,在泵的前后和蒸发器的进出口处布置了差压传感 器,储液器安装了绝对压力传感器。
• 因为LHP/CPL将蒸发段和冷凝段分开,通过液体连 接管和气体连接管相连接,所以航空航天的应用中 有着很大的优势,例如哥伦比亚号飞船,NASA的 GLAS激光装置、哈勃望远镜以及卫星系统和其 他探测装置中都有它的成功应用。然而未来空间 热控发展趋势是要面对紧凑式、长距离、多点复 杂的热源结构和高热流密度发热器件的挑战,由于 工作原理和自身结构的限制LHP/CPL在某些方面 已经很难完成未来的空间冷却任务。
• 航天设备启动所产生的过热温度将超过设 备所能承受的温度。未来热控发展趋势是 要面对紧凑式、长距离和高热流密度发热 器件的挑战,无论毛细芯的形式和结构如何, 提供的毛细力都是有限的,特别是处理大阻 力回路或多个发热点并行散热的复杂支路 结构方面的冷却任务时显得几乎无能为力。
毛细力驱动热管存在的问题
总结
• 机械泵驱动两相流冷却系统是一种新型航 天主动式热控冷却系统，由于驱动力的提 高，其突出优势是多支路并行蒸发器同时 散热的设计结构，该特点主要针对于航天 冷却长距离、分布式热源的发展趋势，更 有利于冷却系统与发热部件的系统集成。
谢谢大家欣赏 制冷及低温工程 赵东 20130402