哈工程两相流第4章-111-优质课件.ppt
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1、第四章第四章 截面含气率的计算截面含气率的计算本章本章主要内容:主要内容:对截面含气率的三类计算方法有明确的对截面含气率的三类计算方法有明确的认识;学会针对不同的流型采用不同的分析模认识;学会针对不同的流型采用不同的分析模型计算截面含气率;掌握用漂移流模型计算截型计算截面含气率;掌握用漂移流模型计算截面含气率的方法;掌握欠热沸腾和饱和沸腾区面含气率的方法;掌握欠热沸腾和饱和沸腾区截面含气率的计算过程。截面含气率的计算过程。4.1 4.1 概述概述一一.研究截面含气率研究截面含气率 的重要性的重要性 又称为空泡份额,是气液两相流动的基本又称为空泡份额,是气液两相流动的基本参数之一,在两相流研究中
2、处于重要的地位。参数之一,在两相流研究中处于重要的地位。1.1.真实流动参数;真实流动参数;2.2.计算两相流压降,比如采用分相流模型;计算两相流压降,比如采用分相流模型;3.3.截面含气率对沸腾传热有重要影响。截面含气率对沸腾传热有重要影响。二二.截面含气率的计算方法截面含气率的计算方法 1.1.根据截面含气率定义式,建立计算滑速比根据截面含气率定义式,建立计算滑速比 S S 的经验关系式。的经验关系式。2.2.建立建立 或或 经验关系式,或经经验关系式,或经验曲线。验曲线。3.3.对两相流动作若干简化假设,进而建立计算对两相流动作若干简化假设,进而建立计算的流动模型。的流动模型。SSxx
3、111111 f xg9.0833.0 1.0111167.0 xk阿曼德公式:五十年代(1955)范格拉里关系式 胡马克关系式(Hughwork):经验公式计算法经验公式计算法4.2 4.2 滑速比模型计算法滑速比模型计算法一一.奥斯马奇金公式奥斯马奇金公式式中式中:全液相全液相弗劳德数弗劳德数;P Pcrcr-临界压力临界压力,对于水对于水 P Pcrcr=22.12MPa.22.12MPa.上式,当上式,当 时,与试验值的误差时,与试验值的误差cr/ppFr.S15160141222gdGFrMPaPS12,305.0适用于适用于:竖直管,当用于水平管时,要求:竖直管,当用于水平管时,要
4、求G1500kg/mG1500kg/m2 2.s.s二二.米洛波尔斯基公式米洛波尔斯基公式 1.对于绝热流动的上升管对于绝热流动的上升管 上式适用于上式适用于垂直上升管,介质是气垂直上升管,介质是气-水混合物。水混合物。61125eR15131/crrFpp.SGDeR其中全液相雷诺数GppD.Scr/1542141 2.对于水平倾角为对于水平倾角为的倾斜管的倾斜管oK901Re105116SKS2502121207./gDg ;,K1102eR5.,K,K,1102eR;1则可不作倾角修正102eR55适用管径范围:适用管径范围:410.252120LD,20D 取若/g217D/g 若38
5、0.crppS4.3 4.3 混合相混合相-单相并流模型单相并流模型一一.混合相混合相-单相并流模型的基本思想和基本假设单相并流模型的基本思想和基本假设 基本思想基本思想:把两相流动看成在把两相流动看成在管壁管壁上流动着的是上流动着的是单相液体单相液体,管道,管道中间中间流动着的是流动着的是均匀的气液混合物均匀的气液混合物。基本假设基本假设:1.1.混合相内气液两相之间没有滑动混合相内气液两相之间没有滑动,s=1,s=1;2.2.两相之间处于热力学平衡态,可由质量守恒或两相之间处于热力学平衡态,可由质量守恒或热平衡条件确定质量含汽率;热平衡条件确定质量含汽率;3.3.液相的动压和混合相的动压相
6、等,即两相速液相的动压和混合相的动压相等,即两相速度头相等。度头相等。适用于适用于:具有中心夹带液滴的环状流动。:具有中心夹带液滴的环状流动。图图4.1 混合相单相混合相单相 并流模型并流模型二二.模型推导过程模型推导过程 1.1.根据连续性方程,得出汽相截面含气根据连续性方程,得出汽相截面含气率率 表达式表达式 ;2.2.引入系数引入系数 E()E()导出液膜截面含导出液膜截面含 液率液率 ;3.3.推导出混合相中液相截面含液率推导出混合相中液相截面含液率 ;4.4.,初步给出,初步给出 关系式,关系式,5.5.根据假设根据假设(3)(3),引入混合相中两相平,引入混合相中两相平均密度均密度
7、 ,导出两相滑速比与,导出两相滑速比与 的关的关系式系式,并计算给出并计算给出 表达式;表达式;6.6.返回到第返回到第4 4步,步,经推导简化,得出经推导简化,得出 表表达式。达式。1 HMMEHH),(WWExf H)224(11112121 ExxExxWWH2341111111112121 xxExxExxExxE三三.讨论讨论 若若 E=1,E=1,全部携带,全部携带,E=0,E=0,两相完全分开,两相完全分开,即即 。四四.适用条件适用条件 当当E=0.4E=0.4时,模型计算值与实验结果吻合较好,时,模型计算值与实验结果吻合较好,在在P=0.1-14.8MPa,G=650-250
8、0 kg/mP=0.1-14.8MPa,G=650-2500 kg/m2 2.s.s,D=6-38mmD=6-38mm时时,计算误差为计算误差为10%10%。当。当x0.01x0.01时,不适用。时,不适用。xx1115.0111 xx5.0 S上节内容回顾上节内容回顾:截面含汽率的三类计算方法截面含汽率的三类计算方法l 根据截面含气率定义式根据截面含气率定义式l 根据经验关系式根据经验关系式 和和l 根据流型特征建立简化模型根据流型特征建立简化模型混合相混合相-单相并流模型单相并流模型 xg fSSxx1111114.4 4.4 变密度模型变密度模型1.1.基本思想基本思想 认为两相流既不是
9、完全均匀混合的均匀流体,认为两相流既不是完全均匀混合的均匀流体,也不是完全分离的环状流动,而是液体中存在悬浮也不是完全分离的环状流动,而是液体中存在悬浮气泡的流动。气泡的流动。2.2.基本假设基本假设 (1).(1).截面含气率和速度径向分布不均匀;截面含气率和速度径向分布不均匀;(2).(2).在径向任一位置上,气相和液相间没有相在径向任一位置上,气相和液相间没有相对滑移;对滑移;(3).(3).两相流体是一种密度是径向位置的函数,两相流体是一种密度是径向位置的函数,即把两相流当作非均质的单相流来处理。即把两相流当作非均质的单相流来处理。一一.变密度模型的基本思想和基本假设变密度模型的基本思
10、想和基本假设二二.推导过程推导过程1.1.假设圆管内两相流的速度和截面含假设圆管内两相流的速度和截面含气率的分布规律可用指数函数表示;气率的分布规律可用指数函数表示;2.2.给出液体和气体的质量流量表达式;给出液体和气体的质量流量表达式;3.3.给出通道截面平均含气率表达式;给出通道截面平均含气率表达式;4.4.引入引入班可夫流动参数班可夫流动参数 K K ,推导出平,推导出平均截面含气率表达式。均截面含气率表达式。KxxK1112112122mmnnnmmnnmmnK图图4-2 4-2 变密度模型变密度模型5.5.系数系数 K K 的确定的确定 对于各种流速和截面含气率的分布情况,对于各种流
11、速和截面含气率的分布情况,当当 m=2-7,n=0.1-5 m=2-7,n=0.1-5 时,时,K=0.5-1.0K=0.5-1.0。(1).(1).双组分两相流双组分两相流 Bankoff Bankoff 将他的计算结果与将他的计算结果与 m-n m-n 的法相比较,的法相比较,得到得到 K=0.89,K=0.89,(2).(2).汽汽-水混合物水混合物 K=0.71+0.0145 P (P-MPa)K=0.71+0.0145 P (P-MPa)6.6.适用条件适用条件 适用于高压低质量含气率的情况,如泡状流。适用于高压低质量含气率的情况,如泡状流。)85.0(89.01.1.基本思想基本思
12、想 认为必须同时考虑气液两相之间的滑移以及认为必须同时考虑气液两相之间的滑移以及流速和空泡份额在流通截面上的不均匀分布。流速和空泡份额在流通截面上的不均匀分布。2.2.基本假设基本假设 (1).(1).气液两相之间存在相对运动气液两相之间存在相对运动;(2).(2).引入分布参数引入分布参数 C Co.o.,考虑空泡份额和两考虑空泡份额和两相流速在流道截面上分布不均匀。相流速在流道截面上分布不均匀。4.3 4.3 漂移流模型漂移流模型v漂移速度漂移速度 漂移速度指各相的真实速度与两相混合物平均速漂移速度指各相的真实速度与两相混合物平均速度的差值,度的差值,m/s。是以两相混合物平均速度作为参照
13、。是以两相混合物平均速度作为参照系,反映气液两相之间相对运动的程度。系,反映气液两相之间相对运动的程度。气相漂移速度:气相漂移速度:液相漂移速度液相漂移速度:3.3.漂移流速和漂移通量漂移流速和漂移通量gmWWJfmWWJv漂移通量漂移通量 指各相相对于平均速度指各相相对于平均速度J运动的截面所流过的体运动的截面所流过的体积通量,积通量,m/s。气相漂移通量:气相漂移通量:液相漂移通量:液相漂移通量:气相漂移通量和液相漂移通量大小相等,方向相反气相漂移通量和液相漂移通量大小相等,方向相反gmgmgAJWJWJJA1fmfmgAJWJWJJAgmfmJJ 4.4.两个平均值的概念两个平均值的概念
14、 对于某个量对于某个量 F F (1).(1).按截面平均按截面平均 (2).(2).按空泡份额加权平均按空泡份额加权平均5.5.推导过程推导过程 (1).(1).按加权平均定义,给出气相权重平均按加权平均定义,给出气相权重平均速度和气相加权平均漂移通量关系式;速度和气相加权平均漂移通量关系式;(2).(2).引入分布参数引入分布参数 C Co o,导出沿通道截面的,导出沿通道截面的平均截面含气率以及两相滑速比的加权平平均截面含气率以及两相滑速比的加权平均表达式。均表达式。1AFFdAA11AAFdAFAFdAA截面平均值截面平均值权重平均值权重平均值gjWgjWgjW 由由可得可得gmWWj
15、gmWjW ggmjjW由由可得可得所以所以气体的权重平均速度气体的权重平均速度gjWW gmWjW ggmjWj同时有同时有所以所以(4-594-59)0111AAAjdAjACjdAjdAAA0ggmjWCj0ggmjWjCj令令将上式代入(将上式代入(4-594-59)式,则)式,则gVjVAVjVA0gmWCjgmgmWW由于由于即即而而00gmgmWjCCjj所以所以要正确计算沿通道截面的平均截面含汽率,要正确计算沿通道截面的平均截面含汽率,需考虑两个参数:需考虑两个参数:0C沿截面的流速和气相含量的分布规律沿截面的流速和气相含量的分布规律gmW各局部位置的两相之间的相对速度各局部位
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