管内两相流阻力程序计算与分析
第一章 管道内气(汽)液两相流动压降计算
模型的求解
牛顿迭代法是求解方程的数值方法之一, 牛顿迭代法是求解方程的数值方法之一, 它 比一般迭代法有更高的收敛速度。牛顿迭 代法的公式为 f (X k ) (1(1-99) X =X −
k +1 k
f ′( X k )
如果令
(1 − x) ρ g p + xρ l p 0 xp 0 A 2 ρ l2 2 f ( p ) = −[W + ] ln + 2 (1 − x) ρ g p 0 + xρ l p 0 (1 − x) ρ v
0.079 0.079 f = = 0.25 Re [WD / Aµ ]0.25
（1-97） 97）
式中平均粘度可按西克奇蒂(Cicchitti)计算 式中平均粘度可按西克奇蒂(Cicchitti)计算 式计算
µ = xµ g + (1 − x) µ l
（1-98） 98）
式中: 为两相流动力粘度, 式中: µ 为两相流动力粘度, Pa ⋅ s ；µ l 为液相 动力粘度, 动力粘度, Pa ⋅ s ； µ 为气相动力粘度, Pa ⋅ s 。 为气相动力粘度,
2
利用公式(1-99)及以上两式即可得到求解P 利用公式(1-99)及以上两式即可得到求解P 的迭代关系式, 的迭代关系式,根据此关系式不难编写求解 程序。程序的迭代终止条件为 | f ( p) < E | , 其中 E 是给定的精度值。
2 压降计算模型的推导 –分相模型
在分相流模型中, 气相与液相分开并行流动, 在分相流模型中, 气相与液相分开并行流动,每相 的速度分别以相平均速度表示, 的速度分别以相平均速度表示, 液相与气相的质量 流量分别为
(1(1-108)
两相流计算
3、计算方法及算例
3.1 框图及计算方法
图 2 为计算框图，计算步骤与方法如下： （1）输入基础数据； （2）根据已知条件（基础数据）计算气含率、混合流动参数和物性参数； （3）计算管内对流热阻、管外土壤热阻、管道保温层热阻； （4）计算总传热系数； （5）根据已知条件判断流型； （6）计算沿程压降梯度； （7）用式（6）计算温度 Tf （8）利用式（7）算得的 Tf 重复（2）～（7）的计算过程，直到两次算得的温 差绝对值小于ε=10-4。 油气混输管线中流动型态极为复杂，不同流型有着不同的阻力规律，也既有不同 的阻力计算关联式。流型划分采用泰特尔-杜克勒流型确定法。为了方便计算机计算， 将判别式编入计算机程序中，这样可根据已知条件自动判断流型属于何种流型，选择 压降计算关联式，算出压降。
Ngw≥Ngwsm
Yes 环状弥散流
No Nlw≥Nlwst
Yes Ngw≥Ngwbs
No
分层流
流
No
气泡流
Yes 冲击流
2.3.2 压降计算
图 2 流型判别程序图
流型确定后，采用贝克压降计算方法计算压降，贝克压降方法是在计算两相流时 采用洛－马法的形式，即两相管路压降梯度为气相压降折算系数与管内只有气体单独 流动时的压降梯度的乘积。
g2 4.8 12.3d X 2 20.3430.826d
式中：G——液相和气相的质量流量；X2——洛马参数。 其中，洛马参数 X2 的由下式计算
X
2
(
dp dl
)l
dp
( dl )g
(
dp dl
)l
两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用 董韶宜
两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用董韶宜摘要：火力发电厂设计中，疏水管道疏水相变是一个常见现象。
疏水相变流动导致流动阻力增大，影响设备的正常投入，影响机组的热效率。
在火力发电厂设计过程中，常常会遇到汽液两相流动的管道，两相流动管道与单相流动管道具有不同的流动特性，存在流动阻力大，管道容易震动的问题，这是火力发电厂管道设计中的一个难点。
有关火电厂两相流管道设计方面的文章很少。
随着我国电力工业的发展，电厂设计的精确度不断提高，两相流管道设计水平必须提高。
基于此，本文主要对两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用进行分析探讨。
关键词：两相流管道；设计技术；电厂管道；设计应用1、前言随着我国经济和社会的快速发展和不断变化，对电厂设计方面的要求越来越严格，需要不断对电厂管道设计的精确度进行提高，减少在工作过程中的不必要麻烦。
因此，本文主旨就是对两相流管道设计技术在电厂管道设计中的应用进行探讨，从介绍管内的流动工质相变产生的机理出发，对两相流管道设计技术进行研究。
2、两相流管道设计技术的概述2.1工作流程当前，两相流动管道的使用范围正在逐渐增加，已经发展较成熟的锅炉水冷壁、直流锅炉汽水分离器后疏水管道、加热器疏水管道和暖风器疏水管道等，通过对两相流动管道技术的研究发现，可以将其对管道所产生的阻力进行计算，对其工作流程进行分析。
在电厂管道设计过程中，需要对发电厂的热经济性进行充分考虑，这也就为两相流管道技术的应用增加了难度。
以加热器疏水管道为例进行工作流程分析，在工作过程中，首先是通过汽机本机抽出的蒸汽对加热器进行换热，在这个过程中容易形成饱和水和少量具有一定温度的凝结水可以进行回收，利用这些回收来的水及其热量，结合疏水逐级自流的方法，使其最终流动到凝汽器当中。
其中需要注意的是疏水管道的工作流程，一般为在高压力工作下为加热器补水，并使凝结水进过多个门阀最终流如到压力较低的给水加热器中。
2.2疏水管道相变的产生原理电厂所采用的疏水逐级自流的方法需要对管道的高低压进行一定的研究，在较高压力处的饱和水会因为管道内的阻力以及管道进出口处的压力差产生不同程度的重位压降，同时调节阀和闸阀可以起到节流的作用，两者相互结合可以产生降低水压力的作用，进而导致疏水过饱和和管道内部汽液呈现两相流的现象。
气液两相流 第2章-两相流的基本理论
x
1 (1 x)
G G
• 对于均相流动，考虑流体流过微元流道的平衡方程式，设流道截面积为A， 与水平面的倾斜角为θ。
• 针对最普遍问题，不做任何简化：非稳态、非等截面、有换热、有内热生成
• 2.4管内气液两相流的基本ห้องสมุดไป่ตู้程
q
z
qv
Vm
A
p
θ
τ0
q －经流道壁面进入系统的热流密度，W/m2 qv－单位体积的内热发生率，J/m3·s P － 流道周界长度
2.1管内气液两相流的基本参数
7、气相（真实平均）速度VG、液相（真实平均）速度VL（actual velocity） m/s VG=QG/AG, VL=QL/AL 事实上，它们是各相在其所占截面上的平均速度，真正的两相流 速应当是截面上各流体质点的速度---局部速度。
8、折算速度VSG、VSL(Superficial gas/liquid velocity) m/s VSG:假定气相单独流过管道整个截面时的流速（即折算到整个截面上） VSG=QG/A, VSL: VSL=QL/A (VSG=QG/A＝QG/(AG/α)=α·VG； VSL＝（1－α）·VL
2.1管内气液两相流的基本参数
3、质量含气率x（mass fraction of the gas phase）
流过某一截面的气相质量流量占两相总质量流量的份额。
x WG WG W WG WL
WG x W WL (1 x) W
质量含液率为：
1 x WL WG WL
单组份气液两相流的质量含气率x也称为干度（Dryness、Quality）。
2.1管内气液两相流的基本参数
⑴真实密度（又称分相流密度）
ccm管路流阻计算案例
ccm管路流阻计算案例CCM（Continuous Composite Material）管路流阻计算是指在流体力学中，通过连续复合材料管路的流动过程中，计算流体流动所受到的阻力。
下面将列举一些与CCM管路流阻计算相关的案例。
1. 案例一：某水处理厂的供水管道中使用了CCM管路。
为了计算流体在管道中的流阻，工程师需要确定管道的几何参数，如内径、壁厚等，并结合流体的流速和粘度来计算流阻系数。
通过计算，工程师能够评估管道的流动性能，为优化供水系统提供参考。
2. 案例二：某化工厂的输送管道使用了CCM管路。
由于管道的复杂形状和材料特性，工程师需要通过流体流动实验来测量管道的流阻。
在实验中，工程师通过控制不同流速和压力，测量流体通过管道时的压力损失，从而计算出管道的流阻系数。
3. 案例三：某石油管道的一段采用了CCM管路。
为了评估管道的流动性能，工程师需要计算出管道的流阻。
根据管道的几何参数和流体的性质，工程师可以使用流体力学公式来计算出流阻系数，并通过计算得到管道内的平均流速和流量。
4. 案例四：某空调系统的供冷管道采用了CCM管路。
为了评估管道的流动性能，工程师需要计算管道的流阻。
通过测量流体的压力差和流速，工程师可以使用流体力学公式来计算出管道的流阻系数，并根据计算结果来优化管道的设计。
5. 案例五：某火力发电厂的输送管道使用了CCM管路。
为了确保管道的流动性能符合设计要求，工程师需要计算管道的流阻。
通过测量流体的压力差和流速，并结合流体的密度和粘度等参数，工程师可以使用流体力学公式来计算出管道的流阻系数。
6. 案例六：某化学反应器的进出口管道采用了CCM管路。
为了保证反应器正常运行，工程师需要计算管道的流阻。
通过测量流体的压力差和流速，并结合流体的密度和粘度等参数，工程师可以使用流体力学公式来计算出管道的流阻系数，并根据计算结果来优化管道的设计。
7. 案例七：某污水处理厂的排水管道采用了CCM管路。
文丘里管气液两相压力降的理论分析与研究
第三章 文丘里管气液两相压力降的理论分析与研究两相流动与单相流动一样服从流体力学的所有基本规律，其基本的控制方程都是连续方程、动量方程、能量方程，并称为三大基本方程。
对差压式流量计来说，其原理是通过找出流体流动的压力损失和流量之间的固有规律，所以，必须研究两相流体管内流动压力降公式，而压力降公式又是建立在三大基本方程基础上的。
本节从基于分相模型的三大基本方程出发，推导了文丘里管湿气测量的理论计算式，为后面根据实验数据进行的湿气计算式拟和，提供了理论支持。
3.1 气液两相流的三大基本方程用分相流动模型来处理两相流动时，一般把两相流体分别按单相流体处理并计入相间的作用，然后将各相的方程加以合并。
这是因为两相流动是一种很复杂的现象，不少流动参数，如速度、含气率，不仅沿流向有变化，而且在管道同一截面上也有变化，所以这一现象实质上是包括两种相的三元流动问题。
但是按三元流动对两相流进行分析是非常困难的。
因此，在研究中普遍采用简化的一元流动，假定气液两相都平行于管道流动，即只考虑两相流动沿着流向的变化，这样处理大大方便了分析，而且又能抓住问题的主要特点。
1. 连续方程气液两相混合物的连续方程为[1]：[(1)]()0g l AGA tzραρα∂+-⋅∂+=∂∂ (3-1)式中：G 为两相流总质量流速，其表达见(3-2)式。
(1)g g l l MG Aρυαρυα==+- (3-2)对于定常流动，混合物密度不随时间变化，且单位时间内流过某一流动截面的质量流量为常数，则：(1)tp g g l l W A A ρυαρυα=⋅⋅⋅+⋅⋅-⋅=常数 (3-3)2. 动量方程气液两相混合物的动量方程为[1]：22201(1)sin (1)tp l g P p G g AG z A t A z τχχρθραρα⎧⎫⎡⎤∂∂∂-⎪⎪-=++++⎢⎥⎨⎬∂∂∂-⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭(3-4)式中： 0τ为流体与管壁的切应力；P 为周界长度；0P τ为管壁对气液两相流的摩擦阻力；tp ρ为两相流体的平均密度，其表达式见(3-5)式。
pe管道的阻力曼宁系数
pe管道的阻力曼宁系数-概述说明以及解释1.引言概述部分内容：1.1 概述管道输送是现代工程中常见的一种方式，而阻力是影响管道输送效果的重要因素之一。
阻力的大小决定了流体在管道中的流动速度和压力损失。
为了准确地计算管道流体的阻力，需要引入一个重要的参数，即曼宁系数。
本文旨在介绍和探讨pe管道的阻力曼宁系数。
通过深入研究曼宁系数的定义、作用、影响因素和测定方法，我们可以更好地理解pe管道的流体阻力特性，并为实际工程应用提供科学依据。
在本文的正文部分，我们将首先介绍管道流体阻力的概念和背景，包括流体在管道中流动时遇到的摩擦阻力和局部阻力。
然后，我们将着重阐述曼宁系数的定义和作用，以及它在管道输送中的重要性。
接着，我们将探讨影响曼宁系数的因素，包括管道材质、内壁粗糙度、流体性质等。
最后，我们将介绍曼宁系数的测定方法及其应用。
总结起来，本文将系统地介绍pe管道的阻力曼宁系数，通过研究曼宁系数的相关内容，旨在为工程师和学者提供关于管道流动阻力的基础知识和实际应用指导。
同时，本文还将强调pe管道的阻力曼宁系数在工程设计和运行中的重要性，并提出一些进一步的研究建议。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该围绕着论文的整体框架和章节组织结构进行介绍。
可以按照以下内容进行撰写：文章结构部分是为了介绍整篇文章的章节组成和条理，让读者能够清晰地了解整篇文章的布局和内容安排。
首先，本文分为引言、正文和结论三大部分。
引言部分主要介绍文章的背景、意义和目的，正文部分详细阐述了pe管道的阻力曼宁系数的概念、定义、影响因素和测定方法，最后结论部分总结了本文的核心观点，并提出了可能的研究方向和建议。
在正文部分，具体划分为2.1、2.2、2.3和2.4四个小节，分别介绍了管道流体阻力的概念和背景、曼宁系数的定义和作用、影响曼宁系数的因素以及曼宁系数的测定方法。
每个小节都提供了详细的论述和相关的理论知识，以便读者能够深入理解pe管道阻力曼宁系数的相关内容。
第6章 两相流局部压降计算
两相流通过孔板的压降
一.孔板的功用
1.测量流量和干度； 2.作为增加流动均匀性和稳定性的阻力件。
喉部断面
压力能 变化 动能变化
流体通过孔板时的流动特征
单相流体通过孔板时的压差与流量的关系
d 1 2 M v D Po 2 2 y CA
4
C—孔板流量系数，由实验确定； ψ—孔板热膨胀系数，取决于孔板材料；不锈钢： 16.5 106 •1 oC 6 1 8.6 106 •1 o TA2: C ;钛合金：9.4 10 • oC ； y—单相流体膨胀系数；
6.7 阀门的局部压降
G2 pS s 2 ' ' 1 x '' 1
式中， s 为两相流体通过阀门时得局部阻力系数；
s Cso
其中， o 为单相流体通过阀门得局部阻力系数； Cs 为校正系数，可按下式计算
' '' x 1 x 1 '' 1 ' Cs 1 C ' 1 x '' 1
实验工质为汽水混合物。
2. 奇斯霍姆计算法 基本假设： 1) 两相流体通过孔板为不可压缩流体； 2) 忽略上游动量(与Ao处相比）； 3) 流体通过孔板时不发生相变，x=const; 4) 与两相交界面上的剪切力相比，流体与壁面 的剪切力可以忽略。
K 1 1 2 X X P1 P2 o P P2 1
第六章 两相流局部压降计算
本章主要内容：
1. 局部阻力产生的原因 2. 两相流通过孔板、弯头、阀门的压降计算
6.1
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管内两相流阻力程序计算与分析
学号：
姓名：
算例三：
已知一均匀受热的螺旋管试验段总长为32 m，管子内径为12.53 mm，螺旋直径为1 m，试验压力分别为2 、4、6 MPa，管内汽水混合物的质量流速为400 kg·m-2·s-1，关于汽水两相摩擦压降梯度的部分试验结果如图所示。
要求：
（1）收集、整理实验数据；
（2）分别用螺旋管均相模型和Santini关联式预测试验工况下的摩擦压降梯度，并将预测结果与实验数据进行对比分析（绘图分析）；
（3）影响因素分析——总结压力和干度对摩擦压降梯度的影响规律（绘图分析）。
一、管内气液两相流均相模型的摩擦压降计算关联式
二、计算流程
三、程序
clc
%clear all
d=12.53e-3;
D=1;
G=400;
for p=2e3:2e3:6e3 %取压力分别为2，4，6MP
rhol=refpropm('D','P',p,'Q',0,'water'); %饱和水密度
visl=refpropm('V','P',p,'Q',0,'water'); %饱和水动力粘度
rhog=refpropm('D','P',p,'Q',1,'water'); %饱和蒸汽密度
visg=refpropm('V','P',p,'Q',1,'water'); %饱和蒸汽动力粘度
i=0;
for x=0.05:0.05:0.95
i=i+1;
X(i)=x; %干度
%Santini经验关联式
kx=-0.0373*x.^3+0.0387*x.^2-0.00479*x+0.0108;
rhotp=1/(x/rhog+(1-x)/rhol);
dpdz1(i)=kx*G.^1.91/d.^1.2/rhotp/1000;
%螺旋管均相模型关联式
Relo=G*d/visl; %全液相雷诺数
fclo=0.3164*Relo.^(-0.2)*(d/D).^0.1; %单相螺旋管阻力系数 dplo(i)=fclo*G*G/(2*rhol*d)/1000; %全液相压降
fai1(i)=1+x*(rhol/rhog-1);
fai2(i)=(1+x*(visl/visg-1)).^(-0.2);
failo(i)=fai1(i)*fai2(i); %折算因子
dpdz2(i)=dplo(i)*failo(i); %两相压降
end
if (p==2e3)
figure(1)
plot(X,dpdz1,'r')
hold on
plot(X,dpdz2,'b')
hold on
data=xlsread('2MPa压力数据')
plot(data(1,:),data(2,:),'k-s');
legend('Santini关联式','螺旋管均相模型','2MP压力实验数据') xlabel('干度X')
ylabel('压降梯度dp/L[KPa/m]')
end
if (p==4e3)
figure(2)
plot(X,dpdz1,'r')
hold on
plot(X,dpdz2,'b')
hold on
data=xlsread('4MPa压力数据')
plot(data(1,:),data(2,:),'k-s');
hold on
grid on
legend('Santini关联式','螺旋管均相模型','4MP压力实验数据') xlabel('干度X')
ylabel('压降梯度dp/L[KPa/m]')
end
if (p==6e3)
figure(3)
plot(X,dpdz1,'r')
hold on
plot(X,dpdz2,'b')
hold on
data=xlsread('6MPa压力数据')
plot(data(1,:),data(2,:),'k-s');
hold on
grid on
legend('Santini关联式','螺旋管均相模型','6MP压力实验数据') xlabel('干度X')
ylabel('压降梯度dp/L[KPa/m]')
end
四、绘图
2Mpa
4Mpa
6Mpa
五、结果分析
实验数据与通过Santini关联式计算出来的数据拟合较好，与螺旋管均相模型相差较大。
且随着压力的增加，拟合程度逐渐提升。
压力对摩擦压降梯度的影响规律：随着压力的增加，摩擦压降梯度逐渐减小，压力和摩擦压降梯度负相关。
干度对摩擦压降梯度的影响规律：随着干度x的增加，摩擦压降梯度先增加后减少。
临界点为X=0.8。