管径选择与管道压力降计算(二)61~91(精)

3 气—液两相流(非闪蒸型 3.1 简述

3.1.1 在化工设计中，经常可以遇到气体和液体混合物在管内并流的现象，此流动现象称为气—液两相流，这种现象可以在冷凝、蒸发、沸腾、起泡、雾化等过程中形成，如发生在蒸汽发生器及其加热管、蒸汽冷凝管中等场合。

气—液两相流的流动过程十分复杂，与单相流体的流动机理不同，没有类似单相流中的摩擦阻力系数与雷诺数之间的通用关联式，通常采用半经验性的关联式来进行计算。

3.1.2 两相流的压力降要比相同质量流速的单相流大得多，主要是： 3.1.2.1 由于管内壁持液，使管内径变小；

3.1.2.2 由于气—液两相间产生相互运动，导致界面能量损失； 3.1.2.3 液体在管中起伏运动，产生能量损失等。

在一般情况下，当气—液混合物中气相在6％—98％(体积范围内；应采用气—液两相流的计算方法来进行管路的压力降计算。

3.1.3 气—液两相流分为非闪蒸型和闪蒸型两类。液体非闪蒸是流体在流动过程中，气—液相体积分率不发生变化。液体闪蒸是随着压力的降低液体闪蒸流动。

3.1.4 气—液两相流管径的计算，应采用和流型判断相结合的方法，并根据流型判断结果初选管径。

3.1.5 确定气—液两相流的流动形式，对于两相流的压力降计算是非常重要的。在水平管中，气—液两相流大致可分七种类型，见表3.1.5—1；在垂直管中，气—液两相流大致可分成五种流型，见表3.1.5—2。

3.1.6 在工程设计中。一般要求两相流的流型为分散流或环状流，避免柱状流和活塞流，以免引起管路及设备严重振动。若选用的管路经计算后为柱状流，应在压力降允许的情况下尽量缩小管径，增大流速，使其形成环状流或分散流。也可采取增加旁路、补充气体、增大流量等其它办法避免柱状流。

3.1.7 本规定介绍均相法和杜克勒法计算非闪蒸型气—液两相流的压力降计算。 3.1.8 第4章介绍闪蒸型气—液两相流压力降计算。

气泡流：气泡沿管上部移动，其速度接近液体速度

活塞流：液体和气体沿管上部交替呈活塞状流动

层流：液体沿管底部流动，气体在液面上

流动，形成平滑的气—液界面

波状流：类似于层流，但气体在较高流速下

流动，其界面受波动影响而被搅乱柱状流：由于气体以较快速度流动而周期性

崛起波状，形成泡沫栓，并以比平均流速大得多的速度流动环状流：液体呈膜状沿管内壁流动，气体则

沿管中心高速流动

分散流：大部分或几乎全部液体被气体雾化而带走

气泡流：气体呈气泡分散在向上流动的液体

中，当气体流速增加时，气泡的尺寸，速度及数目也增加

柱状流；液体和气体交替呈柱状向上移动，

液体柱中含有一些分散的气泡，每一气体柱周围是一层薄液膜，向柱底流动。当气体流速增加时，气体柱的长度和速度都增加

泡沫流：薄液膜消失，气泡和液体混合在一

起，形成湍动紊乱的流型

环状流：液体以小于气体的速度沿管壁向上

移动，气体在管中心向上移动，部分液体呈液滴夹带在气体中。当气体流速增加时，夹带也增加

雾状流：当气体流速增加时，全部液体离开

管壁呈微细的液滴，被气体带走

3.2 计算方法

3.2.1 由于气—液两相流的流动情况复杂，目前尚无准确的压力降计算公式，多以半经验公式来计算，计算方法有多种，但各种方法都存在着局限性。综合各种情况，推荐以下计算方法。 3.2.1.1 流型判断

对于水平管，使用图3.2.2—1判断（图3.2.2—1即Baker 图）。

对于垂直管，使用图3.2.2—2判断（图3.2.2—2即Griffith-Wallis 图）。

3.2.1.2 压力降计算

如判断结果为分散流、环状流、波状流或层流，则用3.2.2.2中的(1和(2两种方法进行气—液两相流压力降计算，取其中较大值。

如判断为柱状流、活塞流，则应采取缩小管径、增大流速等措施来避免。然后也应用3.2.2.2中的(1和(2两种方法计算，取其较大值。 3.2.2 计算公式选用 3.2.2.1 流型判断 (1 水平管流型判断

在以流动条件、流体性能和管径来判断水平管中气—液两相流流型的许多图表中，图3.2.2—1为最常用，此图把两相流在水平管中的流动分成七个流型区域。这里应该注意到，分隔不同流型区域的边界存在着相当宽的过渡区，因此，计算时对邻接流型也应加以考虑。图

3.2.2—1中B y 和B x 。的计算公式如下：

(3.2.2—1

(3.2.2—2

式中

B y 、B x ——伯克(Baker参数；

W G ——气相质量流量，kg ／h ； W L ——液相质量流量，kg ／h ；

ρG ——气相密度，kg ／m 3；

(3.2.2—3

(3.2.2—4

其中

(3.2.2—

5

(3.2.2—6

式中

Fr ——弗鲁特(Froude数； F V ——气相体积分率； V G ——气相体积流量，m 3／s ； V L ——液相体积流量，m 3／s ； d ——管道内直径，m ； A ——管道截面积，m 2； g ——重力加速度，9.81m ／s 2。

其余符号意义同前。

图3.2.2—1 水平管内气—液两相流流型图

图3.2.2—2 垂直管内气—液两相流流型图

通过计算，求出Fr 、Fv 值，在图3.2.2—2中查出其流型。 3.2.2.2 压力降计算(1 均相法

气—液两相流压力降计算比较复杂，均相法是力图简单化，其特点是假定气—液两相在相同的速度下流动，将气—液混合物视为其物性介于液相与气相之间的均相流，这个假定在理论上可用于分散流，但不能用于环状流，因环状流的气相流速高于液相流速。均相法计算步骤如下： a. 均相物性计算

(3.2.2—

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