西安交通大学气液两相流作业

题目：

直径D=5.08cm管子，P=180bar，进口流量M=2.14kg/s,进口为饱和水，粗糙管ε

D =0.002，

出口干度x e=0.3，管长100m，求∆P F。

分别用M—N法、Chisholm方法（经验的C公式）、苏联78年计算标准、我国水动力计算方法。

解：计算结果如下：

1Martinelli-Nelson计算方法

ϕLO2=ΔP F

ΔP O

=f(x,P)

ϕLO2等于管道中两相流体流动时的摩擦阻力压力降ΔP F和管道中汽-水混合物全部为水时的摩擦阻力压力降ΔP O之比。

对于进口处干度x=0,出口处x=x e的受热管，可按出口干度x e及P值在图中查出自x=0到x=x e的ϕLO2的平均值，

当x e =0.3，P=180bar=18MPa 时，查图可知平均ϕLO 2

≈1.4； 对于管道中汽-水混合物全部为水时的摩擦阻力压力降：

ΔP O =λO L D G 2

2A 2ρL

查NIST 软件可知在180bar 压力下ρL =543.54kg/m 3, μL =6.22×10−5Pa∙s -1；

λO 为假设两相混合物全部为液相时的摩擦阻力系数，采用Churchill 推荐在全Re 数范围内的计算公式：

λ=8[(8R e

)12+1

(A +B )3/2]

1/12

式中 A ={2.45ln [

1

(

7R e

)0.9

+0.27(εD

)

]}16

B =(37530/R e )16 其中

R eL =

Du L ρL μL =DG AμL =4G πDμL =4×2.14

π×0.0508×6.22×10

−5≈8.62×105 所以

λO =8[(8

R eL

)

12

+

1(A +

B )32

]1

12≈0.02384

所以

ΔP O =λO L D G 22A 2ρL =0.02384×1000.0508× 2.142

2×(π×0.02542)2×543.54

≈48 125.36

ΔP F=ϕLO2×ΔP O=67 375.51Pa 2Chisholm方法

ϕL2=ΔP F

ΔP LO

=1+

C

X

+

1

X2

ϕLO2等于管道中两相流体流动时的摩擦阻力压力降ΔP F和液相单独流过全部管道截面积时的摩擦阻力压力降ΔP LO之比。

X2=ΔP LO ΔP GO

式中X2——Lockhart-Martinelli参数，是液相单独流过全部管道截面积时的摩擦阻力压力降ΔP LO和气相单独流过全部管道截面积时的摩擦阻力压力降ΔP GO之比。

液相，气相单独流过全部管道截面积时的摩擦阻力压力降

ΔP LO=λLO LρL u SL2

=λLO

L G2(1−x)2

2

L

ΔP GO=λGO L

D

ρG u SG2

2

=λGO

L

D

G2x2

2A2ρL

式中x——平均干度，取

x=x e+x i

2

=

0.3+0

2

=0.15

λLO，λGO——液相，气相单独流过全部管道截面积时的摩擦阻力系数,按通用的布拉休斯公式计算

λLO=C tL R eSL−n L R eSL=Du SLρL

μL

=

4G L

πDμL

=

4G(1−x)

πDμL

λGO=C tG R eSG−n G R eSG=Du SGρG

μG

=

4G G

πDμG

=

4Gx

πDμG

查NIST软件可知在180bar压力下ρL=543.54kg/m3， μL=6.22×10−5Pa∙s，ρG= 133.30kg/m3，μG=2.5047×10−5Pa∙s

R eSL=

4×2.14×(1−0.15)

π×0.0508×6.22×10−5

≈7.33×104

R eSG=

4×2.14×0.15

π×0.0508×2.5047×10−5

≈3.21×104

均处于水利光滑管区，所以采用光滑管区的Blasi公式：λ=0.3164

R e0.25

，所以

λLO=0.3164

R eSL0.25

=

0.3164

7.33×1040.25

≈0.01923

λGO=0.3164

R eSG0.25

=

0.3164

3.21×1040.25

≈0.02364

所以

ΔP LO=0.01923×

100

0.0508

×

2.142×(1−0.15)2

2×(π×0.02542)2×543.54

=28 045.685Pa

ΔP GO=0.02364×

100

0.0508

×

2.142×0.152

2×(π×0.02542)2×133.30

=4 377.859Pa