第二节 汽水两相流的流型和传热知识讲解
气液两相流和沸腾传热.pdf0
第一章绪论第一节两相流及其定义异质物体或系统中，各存在分界面的独文物质称之为相。
众所周知，自然界常见酌物质有三相，即固相+液相和气相。
因此，由任意两种存在分界试坤独物质组成【十体或系统都称之，为两相物体或两相表统。
树如，水和己的撮合物为一种两相物体，因为水和卸：都是存在分界面的独立物质。
但是，'盐水浴液是一种单相物体，田为在此溶液中盐和水之间无分界面，盐和水不居两种独立存在的物质。
两相物体的流动称为两相流。
在两相城中，两相之闻不仅存在分界面，面且进一公界面是随者派动在不断变化的。
因此，两相觥可定义为存在变动外界面的两种狡文物质组成的物体的. 流动。
气体和固体耦粒洇合物的流动为一种两相流，因为在此甜动表统中不仅存在两种独立物质，而且这两种物质之间的分界面是随流动面变化的。
根据两相流的定义，可以将两相褓大致分为如下三类，气体和液体共同流动时气筱两相流，气体和固体耦】位共同流动的气团两相流·液体和固体解放共同流动的液固两相流。
忱外，两种不同组分液体的共同流动也届于两相流范辟，本书主要讨论气液两相流的流体动力学和悦据传热问题。
气踺两相流根据物质组分的不同又可分为两种。
由同一组分枸顶种相组成髀气液两相流称为单组分】液两相舐，例如由木鼓汽和水构成的两相硫。
由不同组士的两种相组成肿气踺两相硫称为】组公气液两相流，例如由空气卸水构成的气淹两相流。
在不监生相变的流动过程中，单组分两相流和】煳i分两相流适用同样的物理规铮，因而可通称为气液两相硫。
棣揖散热惜晚的不同，气密两相硫还可公为绝热气淹两相掀和有热弈换酌气密两相硫。
当存在热交投时，在单组分气筱两相部中伴随菹流动含线工质的相交。
两·相铈这一术语在本世纪30年代苜光出现于美国的一些研究生论文中。
l945年，苏碟苜先将毡一来语应用于正式出版的学术刊物上。
莫+ 苏、银三国在本世纽20年代已''开始了气淹两相硫的研究工作，日本姑子即年代，我国在60年代也开始了这方面的研究工：，ff；·。
气液两相流课件
5.2 均相流模型的摩擦压降计算
一.均相流模型计算法
➢ 两相摩擦压力梯度
dp f Ph 0
dz A
对于圆管，控制体周界长度(m)：Ph D
通流面积(m2)：A D2
4
流体与壁面的摩擦剪应力(N/m2)：
o
f
m j2
全气相摩擦压降梯度
dPf dz
l
分液相摩擦压降梯度
dPf dz
g
分气相摩擦压降梯度
dPfl 液相部分摩擦压降梯度 dz
dPfg 分气相摩擦压降梯度 dz
2 lo
全液相折算系数
2go 全气相折算系数
2 l
分液相折算系数
2g 分气相折算系数
dPf 两相摩擦压降梯度 dz
X 2 马蒂内里参数
5
第一章 两相流基本参数及其 计算 方法
1.1 基本概念 1.2 气相介质含量 1.3 两相流的流量和流速 1.4 两相介质密度及比容
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1.1 基本概念
1.物态：在某一条件下，物质存在的一种状态。 常见的物态是气态、液态和固态。有时物态 也称之为相，常见的物质三态也称为：气相、 液相、固相。
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1.2 气相介质含量
1.2.1 定义
气相介质含量表示两相流中气相所占的份额。
1.2.2 几种表示方式
1.质量含气率x
单位时间内，流过通道某一截面的两相流体总质量 M中气相所占的比例份额。
x M M M M M
式中，M、 M分别表示气相和液相的质量流量，kg/s。
那么，质量含液率(湿度)可以表示为
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课程目录
第一章 两相流基本参数及其计算方法（4学时） 第二章 两相流的流型和流型图（6学时） 第三章 两相流的基本方程（4学时） 第四章 截面含气率的计算（8学时） 第五章 直管的两相流压降计算（10学时） 第六章 两相流局部压降计算（2学时） 第七章 两相临界流动（4学时） 第八章 两相流流动不稳定性（2学时）
锅炉汽水两相流的流型及防止传热恶化的措施
锅炉汽水两相流的流型及防止传热恶化的措施一. 水沸腾时汽泡的形成过程锅炉中当水的温度加热到饱和温度tbh时，即产生蒸汽，饱和温度的数值决定于锅炉中水的压力的高低。
在某一已知压力下，就有一定的饱和温度数值，而且在整个沸腾过程内保持不变（只要压力不变）。
对沸腾过程进行观察，一般蒸汽泡只在加热壁面上的某些地点发生，这些地点叫作汽化核心。
这些汽化核心壁面某些粗糙不平以及锈皮、水垢等地方的凹陷部分。
汽化核心数目（汽泡数）取决于水冷壁的壁面热负荷，热负荷大，则汽化核心数目（汽泡数）也随之加多，沸腾也就愈剧烈。
在水的沸腾过程中，首先在汽化核心处形成汽泡，当汽泡在壁面形成时，汽泡内部压力将高于汽泡处部水中的压力，这个压力差即用来克服水的表面张力而形成汽泡。
当水的压力提高时，由于水的表面张力减小，则在水压力高的情况下，可使汽化核心数目增多，亦即强化了汽泡形成过程。
当单相水在垂直管中向上流动时，管中横截面上的水流速度分布是不均匀的。
由于水的粘性作用，近壁面的水流速度较低（在壁面处应为零），速度梯度较大（速度变化大）；管子中心部分的水流速度最大，速度梯度（速度变化）为零。
当近壁面水中含有蒸汽泡又不太大时，由于汽泡浮力作用，汽泡上升速度要比水速大。
由于水流速度梯度的影响，近壁面的汽泡外侧遇到较大的阻力，汽泡本身会产生内侧向上、外侧向下的旋转运动，旋转引起的压差将汽泡推向管子中心。
这样上升两相流中汽泡上各式较快，并相对集中在管子中心部位，即集中在水速较大区域。
当汽泡脱离壁面逸入水中或被管内的水带走，汽泡脱离后水又填充汽泡离开后的空穴，又重新形成汽泡，这样重复汽泡的形成、长大和脱离过程。
这个过程进行得越快，或者说频率越高，则壁面附近水层的扰动愈剧烈，放热就猛列，放热系数a2值也愈高。
二. 水冷壁管中汽水两相流的流动结构在水冷壁管内两相流中，汽和水不是均匀分布的，它们的流速也不一样。
由于管径、混合物中的含汽率和流速的不同，两组组成的流动结构也不一样。
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）
气液两相流动及传热应用
气液两相流动及传热应用气液两相流动及传热是指在管道或设备中同时存在气体和液体的流体流动状态，并且这两种相之间进行传热的过程。
在工程实际中，气液两相流动及传热广泛应用于多个领域，如能源、化工、生物医药、环境保护等。
下面将就气液两相流动及传热的原理、优势及应用进行详细介绍。
气液两相流动及传热的原理主要涉及两个方面，即质量传递和热传递。
首先是质量传递方面，气液两相流动的过程中，气体和液体之间会发生质量交换，即气体在液体中溶解，或液体从气体中蒸发。
这种质量交换会导致气液两相流动状态的变化，例如气体的泡状流动、液滴的产生等。
此外，质量传递还可以通过传质系数来描述，传质系数的大小决定了气液两相之间质量传递的速率。
其次是热传递方面，气液两相流动过程中的热传递可以通过传热系数来表示，传热系数的大小决定了气体和液体之间热量交换的速度。
气液传热一般包括两个方向，即气体对液体的传热和液体对气体的传热。
气体对液体的传热一般是通过气泡形成和破裂的过程中释放的热量来实现的，而液体对气体的传热一般是通过蒸发和凝结的过程中释放或吸收的热量来实现的。
气液两相流动及传热的优势主要有以下几点：1. 提高传热效率：由于气体和液体之间存在很大的界面面积，使得气液两相之间的传热效率明显高于单相流动。
通过增大传热系数，可以提高传热速率，加快物料的加热或冷却过程。
2. 增加传质速率：气液两相流动可以有效地提高物料之间的质量传递速率。
例如，在化工反应中，气液两相流动可以将气体催化剂或催化剂溶于液体中，提高反应速率和产物收率。
3. 实现混合和搅拌：由于气液两相在流动过程中会发生剧烈的搅拌和混合，可以有效地降低物料之间的温度、浓度或成分不均匀性。
这对于化工过程和生物反应的控制和优化非常重要。
气液两相流动及传热在多个领域有着广泛的应用：1. 石油和化工工业：在炼油、裂解、合成氨等过程中，气液两相流动及传热可以实现热量和质量的转移，提高反应速率和产品收率。
脉动热管气液两相流动与传热机理
脉动热管气液两相流动与传热机理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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热能转换装置原理 第十章 汽液两相流动的基本概念
3. 膜态沸腾
• 核态沸腾：水冷壁管受热时，在管子内壁面上开始蒸发，形成许 多小汽泡。如果此时管外的热负荷不大，小汽泡可以及时地被管子 中心水流带走，并受到“趋中效应”的作用力，向管子中心转移， 而管中心的水不断地向壁面补充。 • 膜态沸腾：如果管外的热负荷很高，汽泡生成的速度大于汽泡脱 离壁面的速度，汽泡就会在管子内壁面上聚集起来，形成蒸汽膜， 将管子中心的水与管壁隔开，使管子壁面得不到水膜的直接冷却， 导致管壁超温。也称为第一类传热恶化。 • 过渡沸腾：由核态沸腾向膜态沸腾开始转变的过程。
• 当雾状流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成单相的过热蒸汽 流动，换热系数进一步减小，管壁温度进一步上升。
2 蒸发管内的传热恶化
• 当热负荷不断增大到一定程度时，水冷壁管内就会产生膜态 沸腾。膜态沸腾有可能发生在环状流动阶段，当热负荷进一步 提高时，也可能发生在泡状流动阶段，特别是可能发生在过冷
沸腾阶段。
停滞
倒流 连续水膜被破坏 水的冷却 汽的冷却
膜态沸腾
超温
传热恶化 爆管
二 蒸发管内的停滞、倒流和膜态沸腾
1. 循环停滞
• 水冷壁分成几至以至几十个独立的水循环回路。 • 炉膛中温度场分布不均； • 上升系统的结构偏差和流量分配偏差； • 虽然管屏进出口联箱的压差是相同的，但每根管子的流动速度 可能不同。受热弱的管子中，工质密度大，当这根管子的重位压 头接近于管屏的压差时，管屏的压差只能托住液柱，而不能推动 液柱的运动。这时，管内就出现了流体的停滞现象。
在倒流管中，水向下运动，而汽泡由于受到浮力向上运动。
当倒流速度较慢且等于汽泡向上运动的速度时，向下流的水带不走 汽泡，造成汽泡不上不下的状态，引起汽塞，发生传热恶化，以至 使管子出现局部过热超温。
第2章 气液两相流的模型
v 2
两边同除 Adz 得
' dv dp v 2 4 g sin G 2 ' dx dp g ' f 2 vg vl x dz 2 D v A dz dp dz
1
2-11
G G G ' 所以 Gdv Gd dv d vl' x vg vl' v A A A
2
2
2-13
多相管流理论与计算
由于假定两相流动已达到热力学平衡状态
v' f ( p)
' dv ' ' dv d vl' x vg vl' vg vl' dx x dp 1 x l dp dp dp
多相管流理论与计算
两边同除以
VdZ
dI w dp dv v g sin 0 dZ dZ dZ
dI w dp dv [ v g sin ] dZ dZ dZ
总压力降
动能损失
重位损失
摩擦损失
多相管流理论与计算
dp ( )重位 g sin dZ
dIw dp ( )摩擦 dZ dZ
dp dv ( ) 加速度 v dZ dZ
dp dp dp dp ( )重位 ( )摩擦 ( )加速度 dZ dZ dZ dZ
dp dp v2 由 ( ) 摩擦＝ 并取 为正值 dZ dz d 2
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由于发生第二类时的热负荷比发生第一类恶化 时的低得多，因此，它发生的可能性比第一类要大 得多。
对于自然循环锅炉，在水循环正常的情况下， 水冷壁局部最高热负荷均低于其临界热负荷，因此 一般不会发生第一类沸腾传热恶化。
超高压以下的自然循环锅炉，正常情况下的水 冷壁出口工质含汽率 x 都低于临界含汽率xc，故也 不会发生第二类沸腾传热恶化。
图10-3 传热恶化示意图 （a）第一类沸腾传热恶化； （b）第二类沸腾传热恶化
（2）第二类沸腾传热恶化两类
现象：热负荷不太高时，环状流的水膜被蒸 干，传热恶化，壁温飞升
条件：x>xc
2．自然循环锅炉沸腾传热恶化特点
第一类沸腾传热恶化通常发生在含汽率较小 或水存在欠热、以及热负荷高的区域。
第二类沸腾传热恶化发生在 x 较大、热负荷 不太高的情况下，a2 的下降较第一类沸腾传热恶 化时小，因而Δt 飞升值较第一类沸腾传热恶化时 低。
亚临界压力的自然循环锅炉，其水冷壁内工质 的实际含气率相对较大，很接近其临界含汽率值， 故发生第二类沸腾传热恶化的可能较大。
3．沸腾传热恶化的防止措施
（1）保证一定的质量流速 （2）降低受热面的局部热负荷 （3）采用内螺纹管 （4）加装扰流子
图10-5 内螺纹管结构
图10-6 内螺纹管降温效两相流的流型和传 热
图10-2 均匀受热垂直上升蒸发管中两相流的流型和传热工况
二、汽水两相流的沸腾传热恶化
1．沸腾传热恶化的现象及发生条件
（1）第一类沸腾传热恶化
现象：热负荷很高， 在过冷沸腾区，汽泡生成 速度过快，管中心为水， 贴壁层为一圈水膜，传热 恶化，壁温飞升。
条件： q>qc
tbh—饱和温度；tnb—内壁温度
图10-7 扰流子结构
图10-8 扰流子降温效果 p=18.5MPa；ρw=1500kg/(m2•s) 1—无扰流子，q=500kJ/m2；2—装扰流子， q=400kJ/m2；tgz—饱和温度；tnb—内壁温度
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