气液两相流与沸腾传热笔记-李双双

《气液两相流与沸腾换热》读书笔记

姓名：李双双

学号：1110209148

专业：工程热物理

日期：2012.4.18

前言

林宗虎老师的《气液两相流与沸腾换热》一书对管内沸腾做了较为全面的介绍，对于初学者掌握整体的思路有较好的作用，这也是我为什么选择这本书的原因。本笔记是在阅读林老师此书的时候根据自己的理解对每章的内容做了简要的归纳，最后写下了阅读本书的读后感。读完本书后虽然已经对管内沸腾有了基本的了解，但是想要深入了解仅仅本书是不够的，还需课下阅读更多相关书籍和文献。

第一章绪论

新增内容:1、气液两相流体横掠柱体的漩涡脱落特性

2、管道内强制对流换热的强化方法

3、气液两相测试技术和多相流研究进展

两相流定义：存在变动分界面的两种独立物质组成的物体的流动。可以分为气液两相流、气固两相流、液固两相流，此外，两种不同组分的液体的共同

流动也属于两相流范畴。

两相流这一术语首先出现于美国一些研究生论文中，1943年，苏联首先将这一术语应用于

正式出版的学术刊物上。在1930-1940年期间，发表了一些研究气液两相流不稳定行及锅炉水循环中气液两相流动问题的经典型文献。1940-1950年期间，不禁对双组份气液两相流的流动阻力等问题进行了研究，而且还将研究工作深入到具有热交换的单组份气液两相流领域。

气液两相流和传热学科的形成和发展是和工程技术的进展密切相关的。

气液两相流的基本参数-P18

第二章气液两相流的流型和流型图

气液两相流体在水平管中流动时的流型种类比垂直管多，这主要是由于重力的影响使两相有分开流动的倾向造成的。本书介绍了两相流体在水平、垂直、倾斜、U型管、螺旋管、垂直上升狭槽、水平管束、孔板和文丘里管（研究不充分）等中的流型及流型图。

气液逆流中的现象：液泛和回流（对于反应堆的安全性研究有重要意义）

液泛：在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出，称为液泛。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。

回流现象：一带有注液设备的垂直管，液体自管壁上的小孔流下，气体自下往上走。当气体流量降到一定值时，液膜将出现不稳定现象，两相分界面出现较大振幅的波动，液膜有下降到注液区下方的趋势。

鉴于液泛和回流现象对于反应堆安全的重要性，相关工作正在加紧进行。哈尔滨工程大学的李希川等人对竖直窄矩形流道进行了液泛研究，并与传统流道进行了对比。结果表明，竖直窄矩形流道内液泛起始点符合Wallis 关系式，与传统流道液泛起始点以压差突变进行判断不同，窄矩形流道内液泛起始点的判断以有水被携带出流道为标志。窄矩形流道内完全携带点与水流量大小、实验段入口条件无关，只与气体流量大小有关; 流向反转点与试验段壁面干燥程度有关，与水流量大小及气体入口条件无关．《竖直窄矩形流道液泛研究》对于气液两相逆向流的流型图研究很少。研究表明，和气液两相同时向上升或同向下降流动时的流型图不同，在气液两相逆向流动的流型图中，同一区域可以发生多种流型。气液两相流的流型图对于设计是否有意义，目前工程上的大量气液两相流计算一般不考虑流型影

响。但是实际研究表明，流型对于气液两相流的各种计算是有影响的。基于流型的计算方法最终将代替不考虑流型的计算方法，所以对于流型的研究就很有必要了。现在对流型图的研究大部分是在绝热工况下研究得出的，今后的研究应着重于受热情况下单组份气液两相流沸腾时的流型及流型图以满足工程的需要。不过绝热圆形管道的流型转换界限和受热圆形管道或非圆形管道的流型转换界限是大致相近的，这些是不成熟的初步研究结果。克劳福特等在现在的受热管资料基础上得出了受热垂直上升管中的气液两相流型图和两相流在受热管书中上升流动时的流型图。

第三章管内两相流的摩擦阻力压力降和加速压力降

正确的压力降计算才能够保证安全的水循环和足够的流动压头，才能为整个流体系统选用合适的泵或其它动力设备提供可靠地依据，使整个系统既经济又安全地运转。

在气液两相流体流动时，构成管路总压力降有四种分压力降，即：摩擦阻力压力降、局部阻力压力降、重位压力降和加速压力降。本章着重介绍了摩擦阻力压力降和加速压力降的计算公式，下述几章分别介绍了重位压力降和局部阻力压力降的计算公式。

气液两相流体的摩擦阻力压力降计算式：

计算方法有苏联1950、1961、1978年锅炉水循环计算法、阿尔曼特计算式、米洛保尔斯基计算式、汤姆计算法、林宗虎-林宗振计算法等。洛克哈特-马蒂内里计算法适用于低压的单组分或双组分气液两相流的流动工况；马蒂内里-纳尔逊计算法适用于低质量流速的汽-水混合物流动工况；均相模型计算法适用于高压、高质量流速工况；汤姆计算式、苏联锅炉水利计算标准方法和我国电站锅炉水利计算方法都适用于汽-水混合物的工况，后两种考虑了质量流速对于摩擦阻力压力降的影响，因而比汤姆计算法具有更大的适用范围。另外还有一些针对流型给出的计算式，如环状流型、流核为雾状的环状流型、细泡状流型、气弹状流型及分层流型等。实验表明根据流型应用相应计算式得出的结果最正确，但是在受热状况下流型的研究仍然不够，所以还不能普遍使用，不过它是一种有前途的计算方法。

气液两相流的加速阻力压力降计算式：

摩擦阻力压力降的影响因素：压力、干度、流动方向、质量流速、管径、管壁粗糙度、热流密度。

下式为管子进口处干度为Xi的分相模型加速压力降计算式：

下式为管子进口处干度为Xi的均相模型加速压力降计算式：

第四章管内气液两相流的重位压力降和截面含气率

重位压力降的计算方法可按下式计算：

可见要计算重位压力降，必须明确截面含气率的计算方法；另外，上章加速压力降的计算也要知道截面含气率。下面介绍一下主要计算式，并通过分析研究，明确其应用范围。

垂直管的计算方法有阿尔曼特计算法、克拉曼洛夫计算法、奥斯马奇金计算法、班可夫计算法等。它们有的是应用体积含气率来求，有的是应用滑动比来求，有的是应用最小熵理论来求，有的是应用特殊模型来求，共有十几种之多。

倾斜上升管截面含气率的计算方法较少，有苏联1961年及78年锅炉水利计算标准方法、齐华尔兹计算方法等；垂直下降管截面含气率实验研究资料也很少。前面介绍课气液两相流体在管内流动时截面含气率的各种计算方法，影响它的因素同影响（即影响重压压力降的因素）与影响摩擦阻力压力降的因素相似。

第五章气液两相流的局部阻力和特殊管道的流动阻力压力降

突阔接头、突缩接头、文丘里管、孔板、弯头等管件，当气液两相流体流经时情况十分复杂，所以其局部阻力压力降也是气液两相流中研究的最少的内容之一。所以压力降主要依据实验测定，本章只着重列举一下典型的局部阻力压力降的计算方法，包括：突扩接头、突缩接头、管子和集箱连接时的管子入口和出口、弯头、三通和阀门、螺旋管局部阻力压力降及横向冲刷管束、内螺纹管和螺纹槽管中、装有扭带管子的流动阻力压力降。其计算方法就是将动量方程与连续性方程联立求得计算公式，由于计算公式过于复杂，而且有的局部阻力压力降研究的还不够透彻，此处就不一一列举了。详见《气液两相流与沸腾换热——林宗虎》P147-174。另外在局部阻力的计算中有的也是要考虑流型的，不同的流型得出的公式也不尽相同。

第六章气液两相流流经孔板、文丘里管和喷嘴的压力降

孔板、文丘里管和喷嘴因为结构简单、无旋转部件等优点所以被用于单相流体流量的测量，也被用于气液两相流干度和流量的测量。

下面以单相流体流经孔板为例介绍一下其流量的测量原理，根据伯努利定律及连续性方程，建立起通过孔板的质量流量与孔板前后的压力降之间的关系式：