氣液兩相流體力學(xué).ppt

1 氣液兩相流體力學(xué) 相的定義有多種形式 從其物質(zhì)的集態(tài)可以給出 也可以從其物理化學(xué)性質(zhì)角度出發(fā)給出 后者定義的相系指物質(zhì)物理 化學(xué)性質(zhì)相同物質(zhì)組成單一狀態(tài)體 按照這種定義方法 帶粒流中不同粒徑的顆粒是不同的相 因此常說的兩相流和多相流并沒有質(zhì)的差別 只是從不同角度觀察同一個(gè)問題而已 通常見到的兩相流主要是 氣液兩相流 氣固兩相流 液固兩相流 對(duì)于某些場(chǎng)合的氣液兩相流又被稱為氣溶膠 9 1氣液兩相流的特征參數(shù)9 1 1流量1 混合物的體積流量流過流體通道的氣相介質(zhì)的體積流量qvg與液相介質(zhì)體積流量qvl之和 2 氣液兩相流體力學(xué) 2 混合物的質(zhì)量流量流過流體通道的氣相介質(zhì)的質(zhì)量流量qmg與液相介質(zhì)質(zhì)量流量qml之和 3 混合物的質(zhì)量流率單位通道截面積流過的氣液兩相介質(zhì)的質(zhì)量流量為混合物的質(zhì)量流率 9 1 2介質(zhì)含量1 質(zhì)量含氣率氣相介質(zhì)的質(zhì)量在兩相介質(zhì)總質(zhì)量中所占比例 用k表示 其取值在0 1之間 1 k為含液率 3 2 容積含氣率氣相介質(zhì)的容積在兩相介質(zhì)總?cè)莘e中所占比例 用 表示 其取值在0 1之間 1 為容積含液率 可以得到k與 間的關(guān)系 3 截面含氣率氣相介質(zhì)所占的截面積與整個(gè)管道截面積之比為截面含氣率 又稱為空隙率 其取值在0 1之間 1 為截面含液率 氣液兩相流體力學(xué) 4 9 1 3速度1 氣相折算速度 液相折算速度氣相介質(zhì) 液相介質(zhì)各自獨(dú)立流過管道的平均速度 顯然混合物速度也為假想速度 2 混合物速度氣液兩相混合物流過通道的平均速度為混合物速度 折算速度為假想速度 利用該定義可以方便兩相流中的計(jì)算 混合物的質(zhì)量流率為 氣液兩相流體力學(xué) 5 氣液兩相流體力學(xué) 3 相速度差和相速度比氣相速度與液相速度之差稱為相速度差 氣相速度與液相速度之比稱為相速度比 當(dāng)兩相速度相等時(shí) 即截面含氣率等于容積含氣率 或 6 氣液兩相流體力學(xué) 4 循環(huán)速度單位通道截面積流過的兩相介質(zhì)質(zhì)量流量與液相密度之比vc 它與混合物速度之間的關(guān)系為 5 漂移速度某相介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度與混合物速度之差為漂移速度 滑移速度 氣相滑移速度 液相滑移速度 9 1 4濃度 密度1 氣相濃度 液相濃度單位體積混合物所含氣相的質(zhì)量為氣相濃度 7 氣液兩相流體力學(xué) 單位體積混合物所含液相的質(zhì)量為液相濃度 2 混合物流動(dòng)密度流過通道某截面的質(zhì)量流量和體積流量之比稱為混合物流動(dòng)密度 其中 分別為氣相折算密度 液相折算密度 由比容關(guān)系可得 8 氣液兩相流體力學(xué) 3 混合物真實(shí)密度在截面積為A長(zhǎng)為 l的微管段中兩相流的質(zhì)量與微管段的體積之比 當(dāng)兩相介質(zhì)速度相等時(shí) 兩相介質(zhì)的真實(shí)密度等于流動(dòng)密度 9 1 5壓強(qiáng) 溫度 狀態(tài)方程1 壓強(qiáng)忽略液體表面張力 則有 氣相分壓和液體分壓可近似按容積份額計(jì)算 2 溫度兩相流中氣相和液相溫度存在差異 兩相流溫度可按濃度計(jì)算 9 氣液兩相流體力學(xué) 3 狀態(tài)方程氣相為完全氣體時(shí) 狀態(tài)方程為 即 對(duì)于液體 一般可以認(rèn)為其僅與溫度有關(guān) 對(duì)于熱平衡狀態(tài)下的氣液兩相混合物 氣體為完全氣體 液體為不可壓縮 則有 氣體與液體的質(zhì)量比為 10 氣液兩相流體力學(xué) 將上兩式變形 帶入狀態(tài)方程 可以得到用混合物參數(shù)表示的狀態(tài)方程 9 1 6比熱 比焓 比熱容 比熵上述這些物理量都可以認(rèn)為混合物的物理量為各相質(zhì)量份額的加權(quán)平均 即 內(nèi)能 比焓 比熱容 比熵 11 氣液兩相流體力學(xué) 9 2氣液兩相流在管內(nèi)的流型流型是兩相流在流動(dòng)中相分布的特點(diǎn) 它對(duì)流動(dòng)特性和規(guī)律有著重要影響 9 2 1不加熱豎直管道中的流型對(duì)于上升的兩相流 隨著氣體流量的增加 流型形式為 1 泡狀流氣體以小氣泡形式分散在液相中 管道中部氣泡較多 分散相為氣相 連續(xù)相為液相 2 彈狀流 塞狀流 小氣泡聚集為大氣泡 形狀類似子彈形式分散在液相中 氣泡集中在管道中部 流動(dòng)是間歇的和不穩(wěn)定的 3 塊狀流子彈形狀的氣泡失穩(wěn) 破裂 形成形狀大小和形狀不同的塊狀氣泡 形狀和運(yùn)動(dòng)軌跡不穩(wěn)定 氣液間摻混較大 12 氣液兩相流體力學(xué) 4 環(huán)狀流 液絲環(huán)狀流 氣相在管道中部形成氣柱 氣柱中含有大量液滴 氣柱與管道之間存在液膜 5 霧狀流管壁上液膜消失 液相全部以液滴形式分散在氣相中 此時(shí)連續(xù)相為氣相 分散相為液相 對(duì)于下降流動(dòng) 還可以出現(xiàn)純環(huán)狀流 氣相與液相間分界面清晰且相對(duì)穩(wěn)定 9 2 2不加熱水平管道中的流型由于重力影響 液相較多地分布在管道下方 可能出現(xiàn)的流型為 1 泡狀流與豎直管道中類似 但氣泡多趨向集中在管道上部 2 彈狀流與豎直管道中類似 彈狀氣泡在管道上部 13 氣液兩相流體力學(xué) 3 分層流氣相在管道上部相連 液相在管道下部流動(dòng) 它們之間出現(xiàn)分層 界面比較平坦 4 波狀流氣液分層面由于擾動(dòng)的增加 開始出現(xiàn)波浪 5 塊狀流波狀流中的波浪與管道頂端接觸 并將氣相分割為大氣泡 但管道上部壁面不存在連續(xù)液膜 6 環(huán)狀流管道中部形成氣相通道 但上部液相環(huán)較薄 7 霧狀流管壁上的液膜被吹散 液滴分散在氣相中 9 2 3加熱管中的流型與不加熱管中類似 但由于液相的蒸發(fā) 上述所述流型連續(xù)出現(xiàn) 氣液兩相流體力學(xué) 9 3氣液兩相流一維定常流動(dòng)的基本方程流型是兩相流在流動(dòng)中相分布的特點(diǎn) 它對(duì)流動(dòng)特性和規(guī)律有著重要影響 9 3 1均相一維定常流基本方程1 連續(xù)方程對(duì)于一維流動(dòng) 顯然有 或2 動(dòng)量方程對(duì)于一維流動(dòng) 其動(dòng)量方程為 氣液兩相流體力學(xué) 其中G為兩相流的質(zhì)量流率 w為壁面平均切向應(yīng)力 為平均濕周長(zhǎng)度 3 能量方程對(duì)于一維流動(dòng) 能量方程為 其中為單位時(shí)間單位長(zhǎng)度傳入控制體的熱量 9 3 1均相一維定常流基本方程1 氣液分界面耦合條件1 流動(dòng)速度對(duì)于實(shí)際流體 分界面上速度相等 2 切向應(yīng)力根據(jù)牛頓第三定律 作用在氣相和液相上的切應(yīng)力相等 氣液兩相流體力學(xué) 3 質(zhì)量 能量 熱量交換對(duì)于質(zhì)量交換 存在下列表達(dá)式 液體蒸發(fā)時(shí)液相和氣相在法向速度分別為 根據(jù)上面的推導(dǎo)顯然有 4 分界面兩側(cè)壓強(qiáng)對(duì)于氣液分界面為曲面 則壓強(qiáng)差為 氣液兩相流體力學(xué) 對(duì)于存在蒸發(fā)的兩相流 氣液兩相法向速度存在差異 根據(jù)動(dòng)量守恒 此時(shí)存在一個(gè)附加壓降 實(shí)際工程中上面兩式的值很小 一般直接采用壓強(qiáng)連續(xù)條件 1 連續(xù)方程 氣相 液相 2 動(dòng)量方程 氣相 液相 氣液兩相流體力學(xué) 3 能量方程 氣相 液相