气液两相流汇总整编

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。把流型变换的实验数据加以总结归纳后，按照两个或多个主要的流动参数绘成曲线，便可以得到流型图。

影响流型的因素：1、各相介质的体积比例2、介质的流速3、各相的物理及化学性质(密度、粘度界面张力等)4、流道的几何形状5、壁面特性6、管道的安装方式

流型分类：1、根据两相介质分布的外形划分；垂直气液两相流：泡状流、弹状流、段塞流、环状流、雾状流。水平气液两相流：泡状流、团状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流。

2、按流动的数学模型或流体的分散程度划分为：分散流、间歇流、分离流。

两种分类方法的比较：第一类划分方法较为直观；第二类划分方法便于进行数学处理

气液两相流的特性参数：

质量流量:单位时间内流过过流断面的流体质量，kg/s，

气相质量流量:单位时间内流过过流断面的气体质量，kg/s，液相质量流量:单位时间内流过过流断面的液体质量，kg/s，

l

g

G

G

G+

=

体积流量:单位时间内流过过流断面的流体体积，m 3

/s ，

气相体积流量:单位时间内流过过流断面的气体体积，m 3

/s 液相体积流量:单位时间内流过过流断面的液体体积，m 3/s 相速度: 单位相面积所通过的该相容积流量,m/s

折算速度:假定管道全被一相占据时的流动速度，m/s

两相混合物速度： 混合物的质量速度：

滑差(滑脱速度)：气液两相相速度之差 滑动(滑移)比：气相相速度与液相相速度之比 质量含气率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量G 中气相质量所占的份额 质量含液率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量中液相质量所占的份额 体积含气率：单位时间流过过流断面两相流体(混合物)总体积Q 中气相所占的份额 体积含液率：单位时间流过过流断面两相流体(混合物)总体积Q 中液相所占的份额

真实含气率:即截面含气率或空隙率，为任一流动截面内气相面积占总面积的份额(气相面积与管道总面积之比) 真实含液率:又称截面含液率或持液率，为任一流动截面内液相面积占总面积的份额(液相面积与管道总面积之比)

φ与β的比较 ：

快关阀法测量真实含气率：易于实现，只能得到平均值，且不能在线测量。

流动密度: 单位时间内流过过流断面的混合物质量与体积之比 真实密度：在流道上取微段，微段内两相流体的质量与容积之比

第二章 气液两相流的模型

常用的模型有流动型态模型、均相流动模型、分相流动模型和漂移流动模型等。

流动型态模型：按不同流动型态分别建立的流动机理模型。特点：1、针对性强，精确度高；2、数学处理复杂，计算量大；3、流型界限确定困难

均相流动模型：把气液两相混合物看成均匀介质，其物性参数取两相的均值而建立的模型 两个假定：1、气相和液相的实际速度相等；2、两相介质已达到热力学平衡状态

特点：1、对于泡状流和雾状流，具有较高的精确性

l g Q Q Q +=g

g g Q G ρ=l

l l Q G ρ=g g g A Q v =l

l

l A Q v =

l g A A A +=g

g g A v Q =l

l l A v Q =A

Q v l sl =

A v Q sg g =l

sl l A v Q =sg sl l

g m v v A

Q Q A Q v +=+==A

G l

g g g Q Q Q Q

Q +=

=

βg

l g g G G G G G x +=

=A A g =φA

A H l l =()l g g l g

l x x x

x ρρρρρρβ-+=

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+=111()g l l g l g x ρρβββ

ρρβρρ-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=111g

g g Q G ρ=l

l l Q G ρ=S

v v Q

Q Q Q Q Q v v Q Q Q l

g l g g l

g l

g g )1(βββφ-+=

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A A A A A

A l g g l g g g ⨯+⨯⨯=

+=

=

φL

L L L L L A L A L A g

l g g l g g =

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g g

g l l g

l Q

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+=

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g l

l g g l l g g A

A A L A L

A L A ρ

φφρρρρρρ

)1( -+=+=

∆∆+∆=

g l v v <一般地，β

φ<⇔

g ρββρρ)1(-+='l

g ρφρφρ)1(-+=<

ρ

ρβφ===' , , ) (则时无滑脱当g l v v