气液两相流 ppt课件
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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截面上可列出压力平衡式如下：抽头压力之差。
在差压计的Z1（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：（2.3）式中，为两相混合物平均密度。
将式（2.3）代入（2.1）。
可得两相流体静止时，差压计中读数如下：（2.4）图1气液两相流系统中的压降测量从上面的方程式可知，为了从差压计得到压降，确定取压管中流体密度是十分重要的，这意味着取压管中的流体必须为单相液体或气体。
气液两相流
系统内即无压力梯度和温度梯度，且该系统内所
有共存相内也无化学势梯度时的状态。满足力学平衡、
热平衡和化学平衡。
（2）热平衡方程 饱和水焓
汽化潜热
i is rx
式中，i是流道某截面上两相流体的焓值，那么
x i is' r
（3）讨论
当 i is, x 0,t ts ，两相流动处于欠饱和态，
V V V M M
液相容积流量， m3/s ：
V M
气相容积流量, m3/s ：
V M
M V
M V
2.容积流量、相速度和折算速度
液相真实平均速度，m/s：
W
V A
M
A
过冷（欠热）沸腾或单相；
当is i is,0 x 1, t ts ，两相流动处于饱和
沸腾，这时热平衡含汽率等于质量含汽率；
当 i is, x 1,t ts ，过热蒸汽，单相汽体。
3.容积含气率β
指单位时间内流过某一截面的两相总容积中，气
相所占的比例份额。
V V
0.5
对比上面四种比， 容表达式,当S=1时，则有
A M 。 E m
o m
两相流特性参数的分类
(1) 流动参数： 可根据物质平衡或热平衡关系计算得到的
参数
x, , k; j, jg , j f ; wo,G; m,m; M , M , M ,V ,V ,V ;
截面上的两相流容积流量，m/s。它也表示两相流的平
均速度。
V V V
J
A
材料工程《两相运动现象》课件
第二章 两相运动现象
一.基本概念 二.粒子-流体的相互作用 三.连续相方程及数值模拟
材料工程基础及设备多媒体课件
第二章 两相运动现象
一.基本概念
1.相
某一系统中具有相同成分和相同物理、 化学性质的均匀物质部分，即物质的单一 状态。
气-固、气-液、液-固、气-液-固 对动力学系统：不同速度、不同温度和不
二.粒子-流体的相互作用
2.2降尘室工作原理 含
净 化
入口截面：矩形
尘 气
气 体
降尘室底面积：
体
A b L
含尘气流通截面积：
S bH
颗粒
降尘室操作示意图
含尘气体积流量：
qV H bu
含尘气体
u
ut
净化气体
材料工程基础及设备多媒体课件
第二章 两相运动现象
二.粒子-流体的相互作用
颗粒的停留时间 颗粒的沉降时间
一.基本概念 混合型喷雾干燥器
材料工程基础及设备多媒体课件
第二章 两相运动现象
一.基本概念
材料工程基础及设备多媒体课件
第二章 两相运动现象
一.基本概念 气力输送原理
材料工程基础及设备多媒体课件
第二章 两相运动现象
一.基本概念
气体输送类型及装置-吸引式
低真空吸引 气源真空度<13kPa 高真空吸引 气源真空度<0.06kPa
3.离心沉降设备
工业上应用的两种型式： 旋流器：设备静止，流体旋转运动； 离心沉降机：设备本身和液体一起旋转。
3.1旋风分离器
旋风分离器是工业上应用比较广泛的气、固离 心分离设备之一，是利用离心沉降原理从气流 中分离出固体颗粒的设备。
材料工程基础及设备多媒体课件
一.基本概念 二.粒子-流体的相互作用 三.连续相方程及数值模拟
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第二章 两相运动现象
一.基本概念
1.相
某一系统中具有相同成分和相同物理、 化学性质的均匀物质部分，即物质的单一 状态。
气-固、气-液、液-固、气-液-固 对动力学系统：不同速度、不同温度和不
二.粒子-流体的相互作用
2.2降尘室工作原理 含
净 化
入口截面：矩形
尘 气
气 体
降尘室底面积：
体
A b L
含尘气流通截面积：
S bH
颗粒
降尘室操作示意图
含尘气体积流量：
qV H bu
含尘气体
u
ut
净化气体
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第二章 两相运动现象
二.粒子-流体的相互作用
颗粒的停留时间 颗粒的沉降时间
一.基本概念 混合型喷雾干燥器
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第二章 两相运动现象
一.基本概念
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第二章 两相运动现象
一.基本概念 气力输送原理
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第二章 两相运动现象
一.基本概念
气体输送类型及装置-吸引式
低真空吸引 气源真空度<13kPa 高真空吸引 气源真空度<0.06kPa
3.离心沉降设备
工业上应用的两种型式： 旋流器：设备静止，流体旋转运动； 离心沉降机：设备本身和液体一起旋转。
3.1旋风分离器
旋风分离器是工业上应用比较广泛的气、固离 心分离设备之一，是利用离心沉降原理从气流 中分离出固体颗粒的设备。
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第一章 气(汽)液两相流动基本方程-分相模型
+ ρ m g sin ϑ （1-79） 79）
对于分相模型，动量方程（1 79）形 对于分相模型，动量方程（1-79）形 式上去掉了难于确定的气液两相间摩擦阻 力，仅存在壁面摩擦造成的压降梯 度 (dFg + dFl ) / Adz，但由于难以用理论方法确 定空泡份额 α ，无法直接用拟合实验数 据，除非有 α 的经验确定方法。
（2）基本守衡方程
• 在推导分相流动基本方程时，一般的做法
是将两相分别按单相流处理并计入相间的 相互作用，然后，按需要将各相的方程加 以合并。
• 1）连续方程
如果体系与外界没有质量交换，那么流道内 的质量守衡方程为：
dWg dx =W dz dz
气相
（1-64） 64） （1-65） 65）
液相
+
dp x 2 dv g (1 − x) 2 dvl {[ ] + 1 − α dp dz α dp
+
2 ∂α (1 − x) 2 vl x v g ( )x[ − 2 ]} 2 ∂p α (1 − α )
忽略相间可压缩性，则动量方程可变换为
2 xv g 2(1 − x)vl dp F 2 dx −( ) TP + G {[ ] dp α dz 1−α dz − = dz x 2 ∂v g ∂α 2 1+ G { ( ) + ( )x α ∂p ∂p
W
表示控制体内相间单位长度质量交 换率，若无相变，则dx/dz=0。将（1-66） 换率，若无相变，则dx/dz=0。将（1 66） 和（1 67）两式相加，便得混合物连续方 和（1-67）两式相加，便得混合物连续方 程：
dW dGA = =0 dz dz
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转至③
28
• 思考题：
①、框图是怎样的？ ②、当温度非线性高时，采用什么计算方法才能
提高精度？
29
2)、已知pws，求pts
– 计算公式：pts＝pwse-S – 思考题：其步骤和框图是怎样的？
3)、已知pts，求压力随井深的分布
– 计算思路：将井深N等分 – 思考题：其步骤和框图是怎样的？
30
3、Cullendeγ & Smith 法
(1)、公式推导
– 能量方程：
pws pts
Idp
0.03415
gH
• 被积函数I＝ZT／p
31
– 推导思路：将上式左边的积分用梯形法数值积分展 开。二步梯形法
– 井深等分两段： • 井深中点处的参数记为pms，Tms，Zms，Ims.
– Its＝ZtsTts/pts – Ims＝ZmsTms/pms – Iws＝ZwsTws/pws
32
pts
pms
p
pws
H/2
H
I Iws Ims
Its
pts
pms
p
pws
33
• 对上段油管：
– 能量方程为:
pms pts
Idp
0.03415
gH
2
pms pts
＝曲面积A1≈梯形面积
＝Id(ppms－pts)(Ims＋Its)/2
– pms＝pts＋0.03415γgH/(Ims＋Its)
36
– 上段油管计算步骤：
①、赋初值pms＝pts＋ptsH/12192/2 ②、计算Zts＝f(Tts，pts) ③、计算Its＝ZtsTts/pts ④、计算Tms＝(Tts+Tws)/2 ⑤、赋值pms0＝pms ⑥、计算Zms＝f(Tms，pms) ⑦、计算Ims＝ZmsTms/pms ⑧、计算新pms。pms＝pts＋0.03415γgH/(Ims＋Its) ⑨、判断｜pms0－pms｜＜ε？不成立则转至⑤。
28
• 思考题：
①、框图是怎样的？ ②、当温度非线性高时，采用什么计算方法才能
提高精度？
29
2)、已知pws，求pts
– 计算公式：pts＝pwse-S – 思考题：其步骤和框图是怎样的？
3)、已知pts，求压力随井深的分布
– 计算思路：将井深N等分 – 思考题：其步骤和框图是怎样的？
30
3、Cullendeγ & Smith 法
(1)、公式推导
– 能量方程：
pws pts
Idp
0.03415
gH
• 被积函数I＝ZT／p
31
– 推导思路：将上式左边的积分用梯形法数值积分展 开。二步梯形法
– 井深等分两段： • 井深中点处的参数记为pms，Tms，Zms，Ims.
– Its＝ZtsTts/pts – Ims＝ZmsTms/pms – Iws＝ZwsTws/pws
32
pts
pms
p
pws
H/2
H
I Iws Ims
Its
pts
pms
p
pws
33
• 对上段油管：
– 能量方程为:
pms pts
Idp
0.03415
gH
2
pms pts
＝曲面积A1≈梯形面积
＝Id(ppms－pts)(Ims＋Its)/2
– pms＝pts＋0.03415γgH/(Ims＋Its)
36
– 上段油管计算步骤：
①、赋初值pms＝pts＋ptsH/12192/2 ②、计算Zts＝f(Tts，pts) ③、计算Its＝ZtsTts/pts ④、计算Tms＝(Tts+Tws)/2 ⑤、赋值pms0＝pms ⑥、计算Zms＝f(Tms，pms) ⑦、计算Ims＝ZmsTms/pms ⑧、计算新pms。pms＝pts＋0.03415γgH/(Ims＋Its) ⑨、判断｜pms0－pms｜＜ε？不成立则转至⑤。
两相流体力学及设备PPT课件
Fd
d
2 p
u
2
f (dpu )
u
f (Re p )
Fd
d
2 p
u2
f
(Re
p
)
Fd
A u 2
2
N
投影面积A
A:颗粒在垂直于运动方向的平面上的投影面积。 对于球形颗粒，
A
4
d
2 p
m2
阻力系数
8
f (Re p )
阻力系数ξ与Rep的关系要通过实验确定。
阻力系数ξ
因颗粒在流体中相对运动的情况不同，与流体在管道中的流动一样，也有着几种不同的流态。在不同的流态下， 阻力的性质不同，因而阻力系数ξ与Rep的关系也就不同。
第十一章
§11-3 颗粒在流体中的运动
一、颗粒在静止流体内的沉降 （一）颗粒在静止流体中的自由沉降 1、球形颗粒在静止流体中的自由沉降
当物体在真空中降落时，降落速度
u gt
m/s
物体降落时，没有阻力，由于重力的作用，物料自始至终以匀加速度方式降落。降落速度随时间而异，而与物 体性质无关。
运用此式来计算尺寸和比重较大的物体在空气中的降落，也能相当准确。因为此时空气阻力不大，可以忽略不 计。但是如果颗粒在液体中降落，或者细小的颗粒（小于 100 μm ）在空气中降落时，流体的阻力较大，此时 便不能不考虑流体du 0 dt
u0
4gd p ( p 3
) m/s
当 Rep< 1 时
u0
d
2 p
(
p
18
)g m/s
阿纶（ Allen ）公式
1<Rep<1000时，属过渡流区。
u0 0.104
第一章 气(汽)液两相流动的不稳定性
（1）部件可能遭受有害的强迫机械振动，机 械振动和局部热应力周期性变化会导致疲劳破坏；
（2）会引起控制问题，对于液体冷却的反应 堆，当冷却剂兼作慢化剂时尤为重要；
（3）会影响局部传热特性，或者可能使沸腾 危机提前出现，即降低临界热流密度。
• 严格地说，对于稳定流动，其参数效应仅仅是空间变量的
函数，与时间变量无关。实际上在两相流动系统中，参数 往往因湍动、成核气化或弹状流动而发生小的起伏或脉动。 这种脉动，在一定条件下，可能是触发某些不稳定性的驱 动因素。因此必须恰当地定义稳定流动条件。当流动受到 瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的 运行状态，称为稳定流动。反之，若无法回到原来的稳定 状态，而是稳定于某一新的运行状态，则称为静态流动不 稳定性。当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯 性和其他反馈效应作用下，产生了流动振荡，称为动态流 动不稳定性。
2）动态不稳定性
两相流动混合物相交界面之间的热力-流体动 力相互作用形成相界面波传播，可粗略地将这种 界面波分为两类：即压力波（或声波）和密度波 （或空泡波）。任何一个两相流动实用系统中， 这两类波往往同时存在与相互作用。一般说来， 它们的传播速度差1-2个数量级，可用传播速度来 区别这两种不同的波造成的动态不稳定性现象。
爆炸不稳定是指加热流道周期性地喷射冷却剂的循环现象，或者 表现为简单的进出口流量周期性变化，或者表现为流道两端同时喷射 大量冷却剂。常包含孕育、核化、喷射和流体回流四个过程。在两端 喷射情况下，回流阶段，液块进入流道相互碰撞，而使气泡破裂。
e. 冷凝爆炸
将蒸汽直接通入水池，与欠热水发生直 接接触冷凝，气泡破裂伴随的爆炸过程称 为冷凝爆炸。其机理尚未研究清楚。
3．流动不稳定性分析方法 广义来说，只要有了系统的数学模型及其边
（2）会引起控制问题，对于液体冷却的反应 堆，当冷却剂兼作慢化剂时尤为重要；
（3）会影响局部传热特性，或者可能使沸腾 危机提前出现，即降低临界热流密度。
• 严格地说，对于稳定流动，其参数效应仅仅是空间变量的
函数，与时间变量无关。实际上在两相流动系统中，参数 往往因湍动、成核气化或弹状流动而发生小的起伏或脉动。 这种脉动，在一定条件下，可能是触发某些不稳定性的驱 动因素。因此必须恰当地定义稳定流动条件。当流动受到 瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的 运行状态，称为稳定流动。反之，若无法回到原来的稳定 状态，而是稳定于某一新的运行状态，则称为静态流动不 稳定性。当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯 性和其他反馈效应作用下，产生了流动振荡，称为动态流 动不稳定性。
2）动态不稳定性
两相流动混合物相交界面之间的热力-流体动 力相互作用形成相界面波传播，可粗略地将这种 界面波分为两类：即压力波（或声波）和密度波 （或空泡波）。任何一个两相流动实用系统中， 这两类波往往同时存在与相互作用。一般说来， 它们的传播速度差1-2个数量级，可用传播速度来 区别这两种不同的波造成的动态不稳定性现象。
爆炸不稳定是指加热流道周期性地喷射冷却剂的循环现象，或者 表现为简单的进出口流量周期性变化，或者表现为流道两端同时喷射 大量冷却剂。常包含孕育、核化、喷射和流体回流四个过程。在两端 喷射情况下，回流阶段，液块进入流道相互碰撞，而使气泡破裂。
e. 冷凝爆炸
将蒸汽直接通入水池，与欠热水发生直 接接触冷凝，气泡破裂伴随的爆炸过程称 为冷凝爆炸。其机理尚未研究清楚。
3．流动不稳定性分析方法 广义来说，只要有了系统的数学模型及其边
采油工程PPT第一章.ppt
p wf
pr qL
JL
当 时 qb qL qomax
p wf
f w
pr
qL JL
0.1251
fw pb
81 80 qL qb qomax qb
1
当 时 qomax qL qLmax
概述
• 采油工程
为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总 称。采油工程在石油工程中处于核心地位。
• 主要任务
根据油田开发要求，科学地设计、控制和管理生 产井和注入井，通过采取一系列措施，以达到经济有 效地提高油井产量和原油采收率、合理开发油藏的目 的。
• 课程特点
综合性、实践性、工艺性强。
油井生产系统
qV
Jo pb 1.8
68.35(m3
/d)
q0max qb qV 115 .67(m3 / d )
(3) 计算pwf=15 MPa及7 MPa时产量 pwf=15>pb，位于直线段：
qo Jo pr pwf 28.39(m3 / d)
pwf=7<pb，位于曲线段：
qo
qb qV 1 0.2
qotest
qb
qv
1
0.2
pwftest pb
0.8
pwftest pb
2
qb Jo ( pr pb )
qv Jo pb 1.8
Jo
pr
qb
qotest
pb
1 0.2
pwftest
1.8
pb
0.8
pwftest pb
2
例1-3
已知： pr=18MPa，pb=13MPa pwftest=9MPa，qotest=80m3/d。