两相流的流型和流型图课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 两相流的流型和流型图,本章主要内容,1.,流型的定义、影响流型的因素,;,2.,竖直上升绝热管、,竖直下降绝热管、,水平绝热管,中存在的流型、特征及出现范围,;,3.,管内淹没和流向反转的产生及判别,;,4.,流型的过渡及判别；,5.,采用流型图判别流型的方法。,第二章 两相流的流型和流型图 本章主要内容,1,2.1,研究流型的意义,一,.,何谓两相流的流型,?,单相流与两相流的区别？,1.,单相流流态分三种：层流，过渡流，湍流,2.,气液两相流体在流动过程中，两相之间存在,分界面，这就是两相流区别于单相流的重要特,征。,3.,两相流中相间界面的形状和分布状况，就构成了不同的两相流流型。,2.1 研究流型的意义一.何谓两相流的流型?单相流与两相流的,2,三,.,影响流型的因素,1.x,P,G;,2.,是否受热（非绝热）；,3.,流动方向；,4.,流道结构。,1.,流型影响流体的换热特性；,2.,流型影响压降特性；,3.,流动不稳定性与流型有关；,4.,建立流动模型与流型密切相关。,二,.,研究流型的意义,三.影响流型的因素 1.流型影响流体的换热特性；二.,3,2.2,垂直上升管中的流型,泡状流,一,.,垂直上升不加热直圆管,1.,泡状流,(1),特征：,1),液相连续，气相不连续；,2),气泡多数呈球形；,3),管子中心气泡密度大，有趋中效应。,(2),出现范围：,主要出现在低,x,区，在中低压情况下，出,现在 ；,高压情况下，较大仍为泡状流，,2.2 垂直上升管中的流型泡状流一.垂直上升不加热直圆管1,4,2.,弹状流,(1),特征,1),大气泡与大液块交替出现，头部呈球,形，尾部扁平，形如炮弹；,2),气弹间液块向上流动，夹有小气泡；,3),气弹与管壁间液层缓慢向下流动。,(2),出现范围,1),低压、低流速,，低压时气泡长,度可达,1m,以上；,2),不能形成大气泡，当,P10MPa,时，弹状流消失；,3),出现在泡,-,环过渡区。,弹状流,2.弹状流(1)特征弹状流,5,3.,乳沫状流,(,搅混流）,(1),特征,1),破碎的气泡形状不规则，有,许多小气泡夹杂在液相中；,2),贴壁液膜发生上下交替运动，,从而使得流动具有震荡性。,(2),出现范围,它是一种过渡流，一般出现在,大口径管中，小口径的管中观察不,到。,乳沫状流,3.乳沫状流(搅混流）(1)特征乳沫状流,6,4.,环状流,(1),特征,1),贴壁液膜呈环形向上流动；,2),管子中部为夹带水滴的气柱；,3),液膜和气流核心之间存在波动界面。,(2),出现范围,1),在,PP,cr,，,0 x10Mpa,，弹状流消失，流型,直接从泡状流向环状流转变。,(2),绝热管中不会出现雾状流。,二,.,垂直上升加热直圆管中的流动型式,1.流型的演变二.垂直上升加热直圆管中的流动型式,8,三,.,流型图,目前广泛采用的流型图均,为二元的，其坐标为流动参,数或组合参数。,选用右图流型图注意,1.,实验条件,D,i,=31.2mm;P=0.14-0.54MPa,流动工质是空气和水。,2.,该图和应用,P=3.45-6.9MPa,汽水混合物在,D,i,=121.7mm,管,子中得到的实验数据符合良,好。,三.流型图 目前广泛采用的流型图均,9,3.,坐标参数,横坐标：分液相动压头,纵坐标：,分气相动压头,3.坐标参数横坐标：分液相动压头,10,2.3,垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图,1.泡状流 2.弹状流 3.下降液膜流 4.带气泡的 5.块状流 6.雾式环状流,下降液膜流,一,.,流型的分类,2.3垂直下降管中的气液两相流流型及其流型图,11,1.,泡状流,特征,:,1),气泡集中在管子中心部分,2),气泡尺寸更小，更接近于球形。,2.,弹状流,若 ，则气泡将聚集成气弹。,特征：,1),气弹较长，尾部呈球形；,2),下降流时贴壁面液膜向下流动，故比上升流时稳定。,1.泡状流特征:,12,3.,环状流,(1),下降液膜流,当 小时，有一层液膜沿管壁下流，核心部分为气相，液膜中无气泡。,(2),带气泡的下降液膜流,当 时，由于惯性的作用，气相将进入液膜。,(3),块状流,当 较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。,(4),雾式环状流,当 较高时，贴壁为液膜，由于气相的卷吸作用，核心为雾状气柱。,3.环状流(1)下降液膜流,13,二,.,流型图,1.,实验条件,空气和多种液体混合物,d,i,=25.4mm,P=0.17MPa,2.,坐标参数,横坐标,纵坐标,二.流型图1.实验条件,14,一,.,水平不加热管中的流动型式,1,.,泡状流,气泡趋于管道上部，下部较,少。其分布与流速关系很大。,液相流速增大，分布趋于均匀。,2.,塞状流,气泡聚结长大而形成气塞，,与垂直上升流中弹状流相似。,大气塞后有小气泡，由泡状流,过渡而来。,2.4,水平管中的流动型式,一.水平不加热管中的流动型式 2.4 水平管中的流动型式,15,3.,分层流,(1),出现在 都比较小的情况；,(2),两相完全分离，气相在管道上方流动；,(3),气液之间有明显的分界面。,4.,波状流,气相流速足够高时，由于气相的作用，在界面上产生一个扰动波，扰动波向前推进向波浪一样，形成波状流。,5.,弹状流,在波状流基础上，随着气相流速的增加，会使这些扰动波碰到流道的顶部表面，形成气弹。,6.,环状流,受重力作用，周向液膜厚度不均匀。,出现在气相流速较高、流量比较大，而液相流速较低时。当壁面粗糙时，液膜可能不连续。,3.分层流,16,水平不加热管中的流型图片,水平不加热管中的流型图片,17,二,.,水平加热管中的流动型式,1.,单相流,2.,泡状流,3.,塞状流,4.,弹状流,5.,波状流,6.,环状流,流型演变与,P,、,q,、,W,o,密切相关,P,：当,P,很高时，塞状流和弹状流消失；,q,：,q,较大，环状流所占范围扩大；,Wo,：,Wo,高，惯性作用增强，可消除波状状流，流型不对称,性减小，接近竖直管中的流型。,注意：,从工程角度，避免水平布置；当水平布置时，需要提高,入口水的流速，使,Wo1m/s,，可避免波状流。,二.水平加热管中的流动型式1.单相流 2.泡状流 3.塞,18,流型图遵循四原则,简易性原则,主导性原则,适用性原则,发展性原则,流型图遵循四原则简易性原则主导性原则适用性原则发展性原则,19,竖直不加热管中的流型图片,竖直不加热管中的流型图片,20,水平不加热管中的流型图片,水平不加热管中的流型图片,21,2.9,管内淹没和流向反转过程的流型,一,.,气液两相逆向流动的两种极限现象,淹没（液泛）、流向反转（回流）,二,.,淹没和流向反转现象,注水器,气体,底桶,1.,气体流量由零开始增加,液体,2.9 管内淹没和流向反转过程的流型一.气液两相逆向流动的两,22,图,2-31,淹没过程的压降和流量变化,淹没过程实验现象,A,B,图2-31 淹没过程的压降和流量变化淹没过程实验现象AB,23,液体流量一定，当气体流量增加到某一点时，环状液膜表面出现较大的波浪，管段内压差突然升高，注水器上部有水带出，此点即为,淹没开始点,。,出现的特征之一：,注水器以下管段中压差突然升高,。,当继续增加气体流量，达到某一点时，气体将全部液体带出试验段，此点称为,液体被全部携带点。,液体流量一定，当气体流量增加到某一点,24,2,.,气体流量逐渐减少,当气体流量降到某一值时，,液膜开始回落到注水器以下，此,点称为,流向反转点。,在流向反转点后继续减少气,体流量至某一值时，全部液体恢,复向下流动，这点称为,淹没消失,点。,淹没消失点与淹没开始点所,对应的气体流量不相等，淹没消,失点所对应的气体流量比淹没开,始点对应的气体流量小，这种现,象称为,淹没消失滞后,。,2.气体流量逐渐减少,25,两相流的流型和流型图课件,26,2.,研究淹没和流向反转的重要性,2.研究淹没和流向反转的重要性,27,2.,研究淹没和流向反转的重要性,1,）反应堆出现破口事故时，安注系统的投入，需要,避开淹没产生的条件，保证冷却水进入堆芯，冷却燃料棒；,2,）破口事故时，一回路循环工质将沿与蒸汽发生器,底部相连的水平管流回反应堆，在自然循环作用下带出堆,芯热量，此时会在水平管处产生气液逆向流动，可能会发,生淹没现象，因此对水平管内淹没现象发生条件还需进,一步的研究。,2.研究淹没和流向反转的重要性 1）反应堆出现破口事,28,和 反映了惯性力与重力的比值,3.,淹没和流向反转过程的表达式,引入两个无量纲量,和 反映了惯性力与重力的比值3.,29,1,）,发生淹没,(,液阻,),的条件,2,）发生流向反转的条件,3,）液体被全部携带点判定条件,式中，,m,和,c,是两个常数，主要跟气体的入口条件有关，可,由试验来确定。一般情况下，,m1,c,1.,1）发生淹没(液阻)的条件2）发生流向反转的条件3）液体被全,30,(2),低液相流速下，空泡份额,（,Taitel,等（,1980,年）,),1.,泡状流,-,弹状流的过渡,(1),气泡的聚结机理,.,气泡在碰撞聚结过程引起气泡的长,大，并最终使泡状流过渡到弹状流。确定过渡的关键使气泡,碰撞聚结的频率。,2.10,流型之间的过渡,(3),高液相流速下，液相紊流应力起着离散气相，阻碍气,泡聚合的作用，当紊流应力作用大于气泡受到的浮力时，将阻止泡状流向弹状流的转变,.,(2)低液相流速下，空泡份额 （Taitel等,31,2.,水平管中分层流动的出现范围,(1),气相速度高，使分层面出现波浪，形成弹状流。消除分层流动的蒸汽界限速度如下式表示：,(2),波的失稳机理,.,波状,分层流向间歇流之间的过渡是,由于气相通过波形交界面的波峰处受到加速，产生局部压力,降落，使峰部同时受到抽吸作,用,，若抽吸力大于峰部重力效,应时，波峰便会扩大，产生流型的过渡。,Wallis,根据实验数,据给出了弹状流起始条件为：,2.水平管中分层流动的出现范围 (1),32,3.,弹状流,-,乳沫状流过渡,(1),淹没机理,上升的气流使平稳的气液界面遭到,破坏，下降的液膜产生流向反转从而,破坏了稳定的弹状流。这个机理最早,是由,Nicklin,和,Davidson,提出的，可以,采用淹没关系式表达这一过渡。,(2),液柱失稳机理,(Taitel),(3),泰勒气泡尾流影响机理,（,Mishima&Ishii,）,3.弹状流-乳沫状流过渡(1)淹没机理,33,4.,乳沫状流,-,环状流过渡,乳沫状流向环状流的过渡可以用流向反转来表示。,其判别式与上一节相同。,5.,环状流,-,细束环状流过渡,这个过渡不太容易分辨，沃利斯（,Wallis）,经过,实验提出了一个近似表达式,当这个公式满足时，就是这个过渡的开始。,4.乳沫状流-环状流过渡 乳沫状流向环状流的过,34,6.,威斯曼的判别方法,6.威斯曼的判别方法,35,采用,Weisman,流型图判别流型的步骤,1.,计算气相折算流速和液相折算流速；,2.,令 ，根据流型图进行,初判。,3.,由初判所在的区域，进行流型分界计算。,即利用表,2-2,确定 ，而后计算,再查图。,4.,最后判定流型。,采用Weisman流型图判别流型的步骤1.计算气相折算流速,36,本章小结,1.,何谓两相流的流型？研究流型的意义？影响流型的因,素？,2.,水平、垂直上升、垂直下降不加热管中存在哪几种流,型？各有什么特征？出现范围？,3.,什么叫淹没起始点？液体全部被携带点？流向反转点？,淹没消失点？,4.,判别淹没，流向反转，液体全部被携带点的判据。,5.,掌握用流型图,(Weisman,图、,Baker,图,),判别流型的方法。,本章小结1.何谓两相流的流型？研究流型的意义？影响流型的因,37,