两相流整理
1、 扩散速度：相速度与混合物质心速度之差，kcm k cm v v v =-
v =k k
g
g
g
l
l l
v cm
k
v
v dv v V v V m dv
ρρρρ+=
??
2、 表观摩擦压降：就是按折算介质流速来计算的摩擦压降。
3、 真实密度：两相流场中单位体积的质量成为真实密度。
4、 面积质量流速：单位流通截面的质量流量。
5、 质量含气率：流场中某一控制单元内气相所占的质量份额，称为质量含气率。
6、 滑速比：气液两相速度的比值。
7、说明均相模型、分相模型、二流体模型的优缺点、适应性和局限性.
答：见下表：
8.给出水平管气液两相流型分类,并绘制Baker 流型图
答：水平管气液两相流型分类：1) 泡状流；2）团状流；3)层状流；4) 波状流；5) 冲击流；6) 环状流；7) 雾状流。
9、请写出垂直和水平倾斜气液两相管流的压降计算的相关式模型方法名称各4种共8种。
答：水平倾斜气液两相管流的压降计算的相关式模型：洛克哈特蒂内利（Lockhart -Martinelli ）、杜克勒（Dukler ）?、杜克勒（Dukler ）??、贝克（Baker ）、杜克勒-埃顿-弗莱尼根（Dukler-Eaton-Flanigan ）、埃顿(Eaton)、贝格斯-布里尔（Beggs-Brill ）、弗莱尼根（Flanigan ）、奥维德·巴克尔（Ovid Buckle ）。 垂直气液两相管流的压降计算的相关式模型：Orkiszewski 法、 Hagedorn-Brown 法、Beggs-Brill 法、Hasan-Kabir 法、Duns-Ros 法和Cornish 法、 Aziz-Govier-Fogaras 法、 Ansari 法。
10、由 22
11X
X C l ++
=φ 推导 22
1X CX g ++=φ 其中2
l φ表示分液相（只考虑液相部分）摩擦压降修正因子
2g φ 表示分气相（只考虑气相部分）摩擦压降修正因子
Martinelli 数2
F F l g
dp dp X dz dz ??
?=
? ????? （10分） 推导：摩擦压降可用下面公式表示：
2220
0(1)1
4[
]2x F l l l L G x p f dz D x φρ--?=?
2
F l l p φ=-?（）
2220
2
1
4[
]
2()x F g g g F g g
L G x p f dz D x p φρφ-?==-??
所以
22()()F F F
l l g g dp dp dp dz dz dz
φφ== 所以 22
=/F F g l l
g
dp dp dz dz φφ??
?
? ????? 2
2
2
/g l X φφ= 所以
222
2
=X 1g l CX X
φφ=++
11、下式是油井多相管流的压力梯度数学表达式
请简述表达式左边各项的意义及各变量的物理意义 （7分）
答：表达式左边各项的物理意义：因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体因加速而增加的动能和流体沿管路的摩阻损失。
为多相混合物的密度； 为多相混合物的流速； 为多相混合物流动时的摩擦阻力系数；
d 为管径；p 为压力；h 为深度；g 为重力加速度；
为井斜角的余角。 12、请简述油气水多相管流研究进展、发展方向及热点。（8分）
答：多相管流研究的进展：1）从经验、半经验关系式发展到统一流动模型的发展过程；2） 多相管流由静态经验或半经验关系式发展到瞬态模型的转变；3）多相管流经历了从现象到物理机理研究的发展过程。
2
sin 2
m m m m m m m v d f dh dv v g dh dp
ρρθρ++=m ρθm f m v
多相流研究的方向有以下几种: 1）基本的经验关系式在流型划分、持液率和压降预测上各有其优缺点，因此应在基本经验或半经验关系式的基础上，确定每种关系式的适用范围，将这些基本的经验关系式加以适当的组合，以得到一些适用范围更广、精确度更高的组合模型关系式。 2）深入研究各种流型的流体力学行为，建立各种流型转化的物理机理模型;利用计算机求解各种流型的模型方程。 3）利用先进的检测手段，进行各种流型瞬态模型研究，建立瞬态模型，在计算机上求解瞬态模型。
多相管流研究热点主要有两个方面：地形起伏多相管流的研究；多相泵和多相流量计研究。
气液两相流基础概念
Two phase flow fundamental (vapor-liquid, gas-liquid) ● Static quality, is the fraction of vapor in a saturated mixture. No flow or closed system. g g g st g l g g l l M A x M M A A ρρρ==++ ● Flow quality, or vapor quality in two phase flow, it’s convenient to use flow quality instead of the static quality. Open system. g g g g g l g g g l l l m u A x m m u A u A ρρρ==++ ● Thermodynamic equilibrium quality (thermodynamic vapor quality). It can be used only for single-component mixtures (e.g. water with steam), and can take values x<0 (for sub-cooled fluids) and x>1 (for super-saturated vapours) m l g l h h x h h -=- All of the quality above coincide if the two phases are at thermodynamic equilibrium (i.e. HEM). Once taking subcooled boiling model into consideration, the thermodynamic equilibrium quality is not equal with flow quality. ● The void fraction i. T he fraction of the channel volume that is occupied by the gas phase. This void fraction is known as the volumetric void fraction. g V g l V V V α=+
FLUENT中两相流多相流中模型的的选择问题
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。 两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。 引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。 一.离散相模型 FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；← 离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；←应用范←围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等； 颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；← 湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”← 二.多相流模型 FLUENT中提供的模型： VOF模型(Volume of Fluid Model)←
混合模型(Mixture Model)← 欧拉模型(Eulerian Model)← 1.VOF模型(Volume of Fluid Model) VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0←<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面； VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。← 2.混合模型(Mixture Model) 用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；← 考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；← 用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；← 缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。← 3.欧拉模型(Eulerian Model) 欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；← 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；←颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；← 各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。← 怎样选择？ 1. VOF模型适合于分层流动或自由表面流； Mixture和Eulerian模型适合于流动
气液两相流
气液两相流流型识别理论的研究进展 摘要：介绍了气液两相流的识别理论，探讨了气液两相流流型的划分方法。叙述了两相流流型软测量方法，并重点介绍了图像处理识别、在线流型技术识别、神经网络、基于压差波动理论、混沌理论等识别流型的新方法。 关键词：气液两相流；流型识别 0 引言 相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质成分，各相之间有明显可分的界面。从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三种，即:气相、液相和固相。单相物质的流动称为单相流，如气体流或液体流。所谓两相流(Two-Phase Flow)或多相流(Multiphase Flow)是指同时存在两种或多种不同相的物质的流动。 近年来随着国内外石油和天然气工业的发展，迫切需要开发出精度较高的油气水三相流量在线测量仪，以便掌握各个油井的生产动态。然而，多年来尽管在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些进展，但是仍然没有彻底清晰地认识和了解油气水三相混合物的流动型态。在现今的多相流检测技术领域中，流型的识别问题变得越来越重要。 1 两相流流型 由于存在一个形状和分布在时间和空间里是随机可变的相界面，而相间实际上又存在一个不可忽略的相对速度，致使流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。这就导致了两相流动结构多种多样，流型十分复杂。流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。两相流各种参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。因此为了对两相流的特征参数进行测量，必须了解它们的流型。 1.1垂直上升管中气液两相流流型 （1）、泡状流（Bubbly Flow）：气泡以不同尺寸的小气泡形式随机离散分布在流动的液体中。显然，此时气体为离散相，而液体为连续相。随着气速的增加，气泡尺寸会不断增大。 （2）、段塞流（Slug Flow）：在气泡流动中当气泡的浓度增高时，气泡聚合为直径接近于管内径的塞状或炮弹状气泡，气泡前端部分呈现为抛物线形状。在这些塞状气泡之间可带有小气泡的液团。当气泡快速上升时，液体在气泡与管内壁间的间隙中流动。 （3）、混状流（Churn Flow）：当气泡速度进一步增大时，段塞流中的气泡速度也随之增加并产生破裂、碰撞、聚合和变形，与液体混合成为一种不稳定的上下翻滚的湍动混合物。此时气液两相界为离散相。 （4）、环状流（Annular Flow）：液流沿着管道的内壁形成一层液体薄膜，而气流则在管道中央流动。这样，气液两相都变成了连续相。不过，在这种情况下，管道中央的气体通常还夹带着一些液滴一起流动。 （5）、液丝环状流（Wispy－Annular Flow）：当气液两相流为环状流时，继续增加液相流量，管壁的液膜将加厚且含有小气泡，中心的液滴浓度增加，被中心
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抽头压力之差。在差压计的Z1截面上可列出压力平衡式如下： （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：
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。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， l g G G G+ =
FLUENT中两相流多相流中模型的的选择问题
F L U E N T中两相流多相流中模型的的选择问题 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。 两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。 引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。 一.离散相模型 FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；？ 离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；？ 应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等； 颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；？ 湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”？
两相流整理
1、 扩散速度：相速度与混合物质心速度之差，kcm k cm v v v =- v =k k g g g l l l v cm k v v dv v V v V m dv ρρρρ+= ?? 2、 表观摩擦压降：就是按折算介质流速来计算的摩擦压降。 3、 真实密度：两相流场中单位体积的质量成为真实密度。 4、 面积质量流速：单位流通截面的质量流量。 5、 质量含气率：流场中某一控制单元内气相所占的质量份额，称为质量含气率。 6、 滑速比：气液两相速度的比值。 7、说明均相模型、分相模型、二流体模型的优缺点、适应性和局限性. 答：见下表： 8.给出水平管气液两相流型分类,并绘制Baker 流型图 答：水平管气液两相流型分类：1) 泡状流；2）团状流；3)层状流；4) 波状流；5) 冲击流；6) 环状流；7) 雾状流。 9、请写出垂直和水平倾斜气液两相管流的压降计算的相关式模型方法名称各4种共8种。 答：水平倾斜气液两相管流的压降计算的相关式模型：洛克哈特蒂内利（Lockhart -Martinelli ）、杜克勒（Dukler ）?、杜克勒（Dukler ）??、贝克（Baker ）、杜克勒-埃顿-弗莱尼根（Dukler-Eaton-Flanigan ）、埃顿(Eaton)、贝格斯-布里尔（Beggs-Brill ）、弗莱尼根（Flanigan ）、奥维德·巴克尔（Ovid Buckle ）。 垂直气液两相管流的压降计算的相关式模型：Orkiszewski 法、 Hagedorn-Brown 法、Beggs-Brill 法、Hasan-Kabir 法、Duns-Ros 法和Cornish 法、 Aziz-Govier-Fogaras 法、 Ansari 法。
多相流检测技术
天津大学本科课程描述 学院：电气与自动化工程学院专业名称：自动化 本科课程信息 课程名称：多相流检测技术课程编号：2030412 学分： 1 学时：16 课程描述： 本课程首先介绍多相流基本流动现象及流动模型，然后，重点讲授多相流流动参数传感器设计及其流量测量模型建立。授课内容包括：1). 两相流流型及流动模型；2). 两相流相含率测量方法； 3). 两相流差压式流量测量方法；4). 两相流速度式流量测量方法； 5). 两相流相关流量测量方法；6). 两相流流动参数软测量方法。 教材与主要参考资料： [1].《多相流检测技术》，金宁德编著，自编讲义，2011年。 [2].《两相流参数检测及应用》，李海青等编著，浙江大学出版社， 1991年。 [3].《Handbook of Multiphase Systems》, Hetsroni. G, Hemisphere-McGraw Hill, 1982.
Course Description School: School of Electrical Engineering and Automation Major:Automation Information of undergraduate courses: Title: Measurement Techniques for Multiphase Flow Code: 2030412 Credit points: 1 Hours: 16 Course Description: We first in this course introduce the basic flow phenomena and flow model of multiphase flow, then we emphasize on the probe design and flow measurement model used for measuring multiphase flow parameters. The teaching contents include as follows: 1).flow pattern and flow model of two-phase flow; 2). p hase volume fraction measurement of two-phase flow; 3).t wo-phase flow measurement by using differential pressure method; 4). t wo-phase flow measurement by using velocity type method; 5). two-phase flow measurement by using cross-correlation method; 6). soft-measurement of two-phase flow parameter. Text-Book & Additional Readings: [1]. Measurement Techniques for Multiphase Flow, Jin Ningde, Lecture notes, 2011. [2]. Measurements & Applications of Two-phase Flow Parameters, Li Haiqing, Zhejiang University Press, 1991. [3].Handbook of Multiphase Systems, Hetsroni. G, Hemisphere McGraw Hill, 1982.
流体力学多相流自学作业
多相流及其应用 1.两相与多相流的定义与分类 在物理学中物质有固、液、气和等离子四态或四相。单相物质的流动称为单相流，两种混合均匀的气体或液体的流动也属于单相流。同时存在两种及两种以上相态的物质混合体的流动就是两相或多相流。在多相流动力学中，所谓的相不仅按物质的状态，而且按化学组成、尺寸和形状等来区分，即不同的化学组成、不同尺寸和不同形状的物质都可能归属不同的相。在两相流研究中，把物质分为连续介质和离散介质。气体和液体属于连续介质，也称连续相或流体相。固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质，也称分散相或颗粒相。流体相和颗粒相组成的流动叫做两相流动。 自然界和工业过程中常见的两相及多相流主要有如下几种，其中以两相流最为普遍。(1) 气液两相流 气体和液体物质混合在一起共同流动称为气液两相流。它又可以分单组分工质如水—水蒸气的汽液两相流和双组分工质如空气—水气液两相流两类，前者汽、液两相都具有相同的化学成分，后者则是两相各具有不同的化学成分。单组分的汽液两相流在流动时根据压力和温度的变化会发生相变。双组分气液两相流则一般在流动中不会发生相变。 自然界中如下雨时的风雨交加，湖面和海面上带雾的上升气流、山区大气中的云遮雾罩。生活中沸腾的水壶中的循环，啤酒及汽水等夹带着气泡从瓶中注人杯子的流动等都属于气液两相流。现代工业设备中广泛应用着气液两相流与传热的原理和技术，如锅炉、核反应堆蒸汽发生器等汽化装置，石油、天然气的管道输送，大量传热传质与化学反应工程设备中的各种蒸发器、冷凝器、反应器、蒸馏塔、汽提塔，各式气液混合器、气液分离器和热交换器等，都广泛存在气液两相流与传热现象。 (2) 气固两相流 气体和固体颗粒混合在一起共同流动称为气固两相流。 空气中夹带灰粒与尘土、沙漠风沙、飞雪、冰雹，在动力、能源、冶金、建材、粮食加工和化工工业中广泛应用的气力输送、气流千燥、煤粉燃烧、石油的催化裂化、矿物的流态化焙烧、气力浮选、流态化等过程或技术，都是气固两相流的具体实例。 严格地说，固体颗粒没有流动性，不能作流体处理。但当流体中存在大量固体小粒子流
浅析气液两相流及其应用
浅析气液两相流及其应用 浅析气液两相流及其应用 摘要：气液两相流存在于石油、天然气、动力、化工、水利、航天、环境保护等工业中，其研究已成为国内外学者广泛关注前沿学科。本文概要性的描述了气液两相流的应用背景、流动型式，并介绍了气液两相流参数检测的手段和两相流计算的基本方法。 关键词：气液两相流流动型式参数检测计算方法 1.气液两相流的应用背景 近些年来，石油、天然气、动力、化工、水利、航天、环境保护等工业的迅速发展促进了气液两相流的研究和应用。在实际应用中可以将凝析天然气简化的看作气相为甲烷，液相为水的气液两相流[3]。为了在实现天然气井口对凝析天然气气、液两相流量的实时在线测量，需要对其进行相应研究。再如，火力发电厂中锅炉的汽水分离、蒸发管中的汽水混合物的流动都属于气液两相流问题[1]。 2.气液两相流的流动型式 气液两相流中气液两相的分界面多变，其流动结构受各相的物理特性、各相流量、压力、受热、管道布置等影响。在不同的流型下，两相流的流体力学特性不同，因此为了研究两相流的运动规律，必须研究其运动型式。 在水平管道中，气液两相流常见流动形态如图1所示。 图1 水平管道中气液两相流流型 水平管中，气泡流的特征为液相中带有散布的细小气泡，由于受到重力的影响，气泡多位于管子上部。随着泡状流中的气相流量的增加，气泡聚结成为气塞，气塞一般较长，且多沿管子上部流动。当气、液两相流速均较小，会受到重力分离效应产生分层流，而当分层流动中气相速度较大时，气液的交界面将产生扰动波形成波状流。若气相速度再增大，则气液分界面由于剧烈波动将有一部分与管道顶部接触，分隔气相成为气弹，从而形成弹状流，大气弹则将在管道上部高速运动。
两相流、多相流
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。 两相流的流动形态有多种。除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。 两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。当分散相液滴或气泡时，有很多特点。例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面
上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。 两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。认为单相流的概念和方法可分别用于两相系统的各个相，同时考虑两相之间的相互作用。两种模型的应用都还存在不少困难，但在计算技术发展的推动下颇有进展。 气体和液体混合物的两相流动体系。通常分为单成分两相流和双成分两相流。前者是具有相同化学成分的同质异态两相流，如水和蒸汽两相流；后者是具有不同化学成分的异质异态两相流，如水和空气两相流。气-液流动包括掺有气泡的液体流动和带有液滴的气体流动，如掺气水流和含雾滴的大气流动等。气-液流动因管道压力、流量、热负荷、流向、工质物性等的不同，可形成各种不同流型。竖管中最常见的流型（见图）有：细小气泡散布于液相中的气泡状流型；管中心为气弹、壁附近为连续液膜的气弹状流型；管中心为夹带细小液滴的气核和壁附近为连续液膜的环状流型；气相中含细小液滴和壁附近无连续液膜的雾状
气液两相流
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 气液两相流 气液两相流流型识别理论的研究进展摘要：介绍了气液两相流的识别理论，探讨了气液两相流流型的划分方法。 叙述了两相流流型软测量方法，并重点介绍了图像处理识别、在线流型技术识别、神经网络、基于压差波动理论、混沌理论等识别流型的新方法。 关键词：气液两相流；流型识别0 引言相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质成分，各相之间有明显可分的界面。 从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三种，即:气相、液相和固相。 单相物质的流动称为单相流，如气体流或液体流。 所谓两相流(Two-Phase Flow)或多相流(Multiphase Flow)是指同时存在两种或多种不同相的物质的流动。 近年来随着国内外石油和天然气工业的发展，迫切需要开发出精度较高的油气水三相流量在线测量仪，以便掌握各个油井的生产动态。 然而，多年来尽管在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些进展，但是仍然没有彻底清晰地认识和了解油气水三相混合物的流动型态。 在现今的多相流检测技术领域中，流型的识别问题变得越来越重 1/ 10
要。 1 两相流流型由于存在一个形状和分布在时间和空间里是随机可变的相界面，而相间实际上又存在一个不可忽略的相对速度，致使流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。 这就导致了两相流动结构多种多样，流型十分复杂。 流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。 两相流各种参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。 因此为了对两相流的特征参数进行测量，必须了解它们的流型。 1.1 垂直上升管中气液两相流流型（1）、泡状流（Bubbly Flow）：气泡以不同尺寸的小气泡形式随机离散分布在流动的液体中。 显然，此时气体为离散相，而液体为连续相。 随着气速的增加，气泡尺寸会不断增大。 （2）、段塞流（Slug Flow）：在气泡流动中当气泡的浓度增高时，气泡聚合为直径接近于管内径的塞状或炮弹状气泡，气泡前端部分呈现为抛物线形状。 在这些塞状气泡之间可带有小气泡的液团。 当气泡快速上升时，液体在气泡与管内壁间的间隙中流动。 （3）、混状流（Churn Flow）：当气泡速度进一步增大时，段塞流中的气泡速度也随之增加并产生破裂、碰撞、聚合和变形，与液体混合成为一种不稳定的上下翻滚的湍动混合物。 此时气液两相界为离散相。
两相流体力学研究综述
两相流体力学研究综述 1. 引言 两相流是以工程热物理学为基础,为满足能源、动力、化工、石油、航空、电子、医药等工业进步的要求,而与数学、力学、信息、生物、环境、材料、计算机等学科相互融合交叉而逐步形成和发展起来的一门新兴交叉学科。两相流早日形成统一的学术理论和成熟的应用技术,对21世纪全球所面临的生态环境和能源资源两个焦点问题的解决将有很大的推动作用,是人类在21世纪可持续发展中面临的重大技术问题之一。该工程领域的突破能促进全球能源与环境经济的进步。 在瓦特(Watt)发明蒸汽机以后,随着工业技术的发展,两相流的研究开始得到重视。1877年Boussines系统研究了明渠水流中泥沙的沉降和输运问题,1910年,Mallock研究了声波在泡沫液体介质中传播时强度的衰减过程。20世纪40年代前,一些有价值的气液两相流不稳定性以及锅炉水循环中气液两相流问题的经典论文,以及研究成果分散在各工业部门,很少系统研究成果。两相流的术语在20世纪30年代首先出现于美国的一些研究生论文中;1943年,苏联首先将这一术语应用于正式出版的学术刊物上;其后1949年在J.Ap-pl.Phys杂志上也出现了两相流(two-phase flow)这一名词。中国对于两相流的研究起步于20世纪60年代。20世纪80年代以来,除相关论文以外,陆续出版了一些关于两相流的教材和专著,如陈之航(1983)、佟庆理(1982)、陈学俊、林宗虎、张远君等(1987)、方丁酉(1988)、周强泰(1990)、周力行、李海青(1991)、吕砚山(1992)、刘大猷(1993)、郭烈锦(2002)、林建忠(2003)等。 虽然有如此多的文献和著作,但两相流的研究历史还不是很长,对于两相流的理论研究尚处于发展阶段,大量的问题还是靠试验和经验来解决,严格地从数学角度建立数学模型来解决问题,是两相流成为系统的科学还需要一个过程。 2. 两相流分类 相是具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分,即相是物质的单一状态,如固态、液态和气态。在两相流动的研究中通常称为固相、液相和气相。一般来说,各相有明显的分界面。两相流就是指物质两相同时并存且具有明显相界面的混合流动。相的概念在不同学科中界定有所不同。 在物理学中:物质分固、液、气和等离子体四相或四态。单相物质及两相混合均匀的气体或液体的流动都属于单相流;同时存在两种或两种以上相态的物质混合体的流动称为两相或多相流。 在多相流体力学中:从力学的观点来看,不同速度、不同温度和不同尺寸的颗粒、液滴或气泡具有不同的力学特性,因此可以是不同的相。对于颗粒相大小很分散的两相流,可以按颗粒大小相近的原则分组而使其动力学性质相似,不同的组用不同的动力学方程来描述,这样的两相流也称为多相流。从物态的角度来看,不同物态、不同化学组成、不同尺寸和形状的物质也可能属于不同的相。 两相流动中,把物质分为连续介质和离散介质。气体和液体属于连续介质,称为连续相或流体相;固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质,称为分散相或颗粒相。流体相和颗粒相组成的流动称为两相流。这里颗粒相可以是不同物态、不同化学组成和不同尺寸的颗粒,从而使复杂的多相流动简化。两相及多相流广泛存在于自然界和工程中,常见的分为气液两相流、气固两相流、液固两相流、液液两相流及多相流。 3. 两相流的研究方法 两相流的研究方法同单相流体力学的研究方法一样,也分为理论研究、实验研究和数值计算三种方法。对于两相流体力学而言,由于许多两相流动现象、机理和过程目前还不甚清
气液两相流研究现状
气液两相流研究现状 两相滝的定义妾从相的概念出发.相是指在没有外力作用下*物理、化学性质完全相同*成分相同的均匀物质的顒嗪态*并且相与柑之问有明璃的物理界面*自然界中的物廣通常可分为气相.液相和固袍，单相物质（如气休或液秋）的逹动称为单相流、两榨谎则指的聂两种不同相物质（至少一相为流体）在同i体系中的共同流动|'卩自然界和工程领城中广眨有在着两相流.两相流在莅油、动力、化工、制冷、枚能、冶金、水泥.鴨倩加工、适城、水利、环境保护*建筑及航天等领城荊有潘广楚的应用凹叫按携相的纽昔方式可以将工业中的两相就分为：气液两相流"气固两相流*液因两相谎【"⑶?此外，工程中也将两种不能均匀倔合的液体的女屁流动称为直液荊相流⑴叫 气痕两相流是两相流动中锻为常叽的形或之一，在各种工业领域中广通存在.例如、石描.天然气和低器点液体的传输过程’再如锅妒、沸腾管r净礙器、气液淞合黑、苓液分离器等传热传质设备中的化学物理过程.由于吒液两棺谨中的％榨和藏相都具有可变界面，而气相文具有可压绸性*因此气議两相流被认为是最为复来的一种两相流动I叫 气液两相流可以旅据吒液两相的组分而分为单粗分气液两樹流和克组分气液两相流【叫单组分气液两相流的气液两相为同一种化学庇分的物质.例如，水蕉气和水的甩合物的谨动掲于单组分气克两相逋’单组分气Si两相诫在流动时很携压力变化的不同会发生栢?,即部分就体能汽化为驀汽或部分黨汽癡结为液体.眾组分气痕两相流的气義两相为不同化学成分的两种機廣.例如，空气和水的混合物的流动属于双组分茕簌蒔梱流，双齟分气液菸相流一般在流动时不会发生相变. 与单相潦相比，气液两枸渡有着怦多特点。气液两相洗各相间的物埋性就（密度*粘度筹）■化学性嵐、相间相对速厘等都畏影响两相渝就动的豐宴因素.此外’由于相界面的存在，通过界面可能发生热矍、质量和动量的传递.气液界面的形状还会随时发生变化, 不同程度的相的衆井也可能会发生，如小气逼并战大吒泡或小就猜井成大菠滴. 总之，气戒两相流本禽存在的这些特性都使得吒菠商相流问題的竝理费得更加困难和崔也【工创
两相与多相流动力学-考试复习题
2010级研究生课程“多相流动力学“考试复习大纲 1．自然界和工业界中的两相流主要包括哪几种？并各举一例说明之。 2．试说明下列各组概念的物理意思，并用公式建立它们之间的互推关系：1）质量流量、质量流速和质量相含率 2）容积流量、容积流速和容积相含率 3）各相真实流速 4）真实相含率或截面相含率 5）滑动比、滑移速度、飘移速度和飘移流率 3．什么是物质的“相”？从宏观上看，物质的相的性质特点是什么？ 4．给出水平管内气/水两相流中可能出现的几种流型的定义。试分析环状流转变的机理及影响因素。 5．什么是相界面？并举例说明什么是界面现象。 6．什么是界面浓度？它与什么现象或因素有关。常用的界面浓度测量技术有哪些？并比较这些测量技术的优缺点。 7．给出连续波与动力波的定义，以及这两种波动的的特征。试分析激波反射前后的压力变化。 8．请定量分析气体通过锐孔射入无限大的液体形成喷射锥时，必然会有液体夹带的这一现象。 9.试说明在垂直上升管的气液两相泡状流流动型态下，细小气泡为什么具有向管道中心聚集的趋势？并给出单个气泡的受力分析和表达式。 10.均相模型、分相模型和漂移模型各有什么特点？适用于什么场合？ 11.什么叫临界流量？给出临界流的定义，并说明它与两相流中声速的关系，同时分析影响两相流声速的主要因素。 12．流体颗粒系统的流动状态有哪几种？ 13．颗粒相分布密度通常有哪几种表示方法？ 14．试分析刚性球体颗粒在流体运动中所受到的各种作用力，并分析解释这些力的成因，写出各个力的表达式。 15．影响颗粒传热的因素分别有哪些？ 16．液体雾化稳定性的影响因素有哪些？ 17. 什么是颗粒的终端速度？对于无限大介质中的一个孤立的球形颗粒，其直径 为D，阻力系数为C D，颗粒和介质的密度分别为ρg、ρl，是推导其终端速度V t的表达式。 18．试分析沸腾两相流系统中流动不稳定性的种类和脉动形式，并对其机理加以分析和数学描述。给出2种主要的流动不稳定性防止方法并予以物理机理或数学形式的解释。 19．对于实际流体中的气泡或液滴而言，它们在流体运动中所受到的各种作用力与刚性球体颗粒有什么异同？试分析并写出相应的表达式。 20．池沸腾条件下，气泡生长可以主要分成哪两个阶段？并说明各个阶段的主要影响因素和特征。 21．试分析建立紊流模型的意义并给出k-ε紊流模型的基本思路、特点及其应用范围。 22. 对于不规则颗粒，采用当量球方法处理时，基于体积和基于表面积的当量球
固液两相流的研究现状及进展
固液两相流的研究现状及进展 摘要：本文主要写了固液两相流泵在国内的研究现状以及分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。文中还给出了对固液两相流动中的最佳流动模式进行了探讨及固液两相流泵常用研究方法的分析。 关键词：固液两相流泵数学模型流动模式牛顿流体 1．固液两相流泵在国内的研究背景 我国对液固两相流泵的研究则始于20世纪70年代末80年代初,直到80年代中期以后按两相流理论设计的泵才逐步得到应用。经过几十年的努力,我国两相流泵技术也得到了长足的发展, 国内许多学者应用两相流理论对固液泵进行了水力设计和试验研究, 积累了许多很有价值的经验和数据, 为我国对液固两相流泵的研究开辟了广阔的道路。 2.国内固液两相流泵的研究现状 固液两相流泵的基本概念通常分为两类①杂质泵，包括泥浆泵、砂泵、挖泥泵等，主要用于冶金、矿山开采、电力、煤炭、水泥等行业抽送尾矿、精矿、灰渣、煤泥、水泥等，也可用于江、河、湖、海的挖泥和疏浚。离心式泵约占杂质泵总量的70% 左右，这类泵主要应考虑磨损问题。市场调查发现: 上海主流泵生产企业生产的离心式的固液两相流泵主要是渣浆泵。②无堵塞泵，包括旋流泵、单流道泵、多流道泵、螺旋离心泵和开式或半开式离心泵等，主要用于抽送污水、纸浆、纤维等，这类泵主要考虑的是堵塞问题。
由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。 3.固液两相流泵的研究理论 3.1外特性研究 20 世纪30 ～ 60 年代，国外学者研究固液相的性质与外特性关系得出的主要结论是: ①泵的扬程随着浓度的增加而下降; ②泵的 功率随着浓度的增大而增大; ③泵的效率随着浓度的增加而下降;④泵的最高效率点向着小流量区偏移。固液混合物的性质( 浓度、比重、粒径) 对离心泵性能方面的影响。固液混合物按固相比例分为高浓 度和低浓度。由于实际应用和实验大多数是在低浓度下，固体颗粒的质量分数上限为35% ，而对应的体积分数基本在15% 范围内，相当多的文献记载用CFD 方法分析过固相体积浓度为15% 范围内的渣浆 泵的流场。 3.2 内特性研究 固液两相流的内特性研究主要通过以下几个部分来进行： 3.2.1 叶轮内的运动规律 代表性的是B． K．苏波隆运用高速摄影技术研究固体颗粒在叶轮内部运动规律时得出的成果: ①叶道内固体颗粒运动轨迹的特点是: 小颗粒( 1 ～2mm) 大致沿着叶片的工作面运动，大颗粒( 8 ～10mm) 由于离心力作用，运动背离工作面; ②叶轮直径等于310mm，
气固两相流在燃烧器中的应用
气固两相流在燃烧器中的应用 1、气固两相流的基本理论 不管何种型式的燃烧器，其内流动的本质都是气固两相流动。因而，要改进燃烧器，必须对气固两相流动的规律有深入的理解。 2、气固两相流的基本特点 单相气流中只有气体的存在，但是在锅炉内的气流中都存在一定浓度的固体颗粒，而且各处的固体颗粒浓度存在差异，这就使得炉内的燃料颗粒流动变的相当复杂。一般来说，有以下主要的特点: (1)气体分子分布均匀，而燃料颗粒是分散的、且直径大小不同，为了简便起见，人们通常仅仅考虑一个平均尺寸。 (2)燃烧装置中颗粒浓度一般不大，所以颗粒相一般不能作为连续介质。 (3)颗粒相的惯性较大，气体和颗粒间存在着速度的滑移，因而各自运动规律相互会产生影响。 (4)颗粒之间及颗粒和壁面的碰撞和摩擦可以产生静电效应。在不等温的热流中还存在着热泳现象。 (5)由于颗粒尺寸大小不一，形状也不同，使得每个颗粒都有不同的速度。 (6)在有压力梯度、速度梯度存在的流场中，颗粒经常处于加速或者减速的不稳定状态，颗粒间及与管壁间相互碰撞等都会引起颗粒的高速旋转，产生升力效应。 (7)颗粒的湍流扩散系数和气体不同，因而其横向扩散运动的特点也不一样。小颗粒的扩散速率比大颗粒的扩散速率大。 3、气固两相流的分类 工程中的两相流种类繁多，结构复杂，从空气动力学的特征出发，可以分为稀相两相流和浓相两相流。这是以颗粒在气相中的含量多少来区分的，通常认为稀相两相流中颗粒的浓度不大，使得颗粒的存在对气相运动的影响不大，颗粒相的运动规律基本与相一致，只要把气相和固相运动的相互影响加以修正就可以了。浓相两相流动就是颗粒相浓度增加到一定数值以后，对气相的流动形成了很大影响，这时候用气相流动方程就很难准确的加以描述。一般来说，颗粒的浓度小于lkg/kg空气时，可以认为是稀相两相流，反之就是浓相两相流。 对于浓相气固两相流，气相决定着固相运动，固相对气相的影响也不可以忽略，这种情况称为双向祸合(Two-Way Coupling)。稀相两相流的颗粒相对气相影响很小，可以忽略不计，但是气相场决定这颗粒的轨迹和其他参数的变化，这种情况称为单向祸合(One-Way Coupling)。 4、气固两相流的特性参数 由于气固两相流中增加了颗粒相，流动中存在着一个形状与分布随机可变的相界面。而各个相之间又存在着一个不可忽略的相对速度，导致了流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比不相等。因此描述气固两相流的流动特性参数比气体单相的流动特性参数要复杂很多。主要的参数有:两相浓度(各相所占的相对容积，重量等)、空隙度(流体所占的体积与整个两相流体的总体积之比)、两相密度(各相的总重量与总体积的比)，比面积(分散颗粒相的表面积与其体积之比)、以及两相粘度、两相比热、两相导热系数和颗粒的松弛时间等。 除此，还有其他的一些参数，如两相流体的密度，颗粒平均尺寸等。 5、工程气固两相流模化实验的原理 气固两相流进行模化时，首先要做到几何相似，其次要使雷诺数相等或者气流达到自模化区，另外，还要做到单值条件相似，即达到流动相似。为了使模型与原型中的两相流动相似，还必须要遵循一定的准则。