氣液兩相流體力學(xué)

氣液兩相流體力學(xué)第一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日2 氣液兩相流體力學(xué)2.混合物的質(zhì)量流量

流過(guò)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(guò)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。

第二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日32.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(chēng)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)第三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日4

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(guò)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(guò)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)第四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(chēng)為相速度差。

氣相速度與液相速度之比稱(chēng)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?；颍?/p>

第五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)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：

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。第六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)通道某截面的質(zhì)量流量和體積流量之比稱(chēng)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：第七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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。

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：第八頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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：第九頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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：

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)能比焓比熱容比熵第十頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(lèi)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。第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(lèi)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(lèi)似，彈狀氣泡在管道上部。第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日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(kāi)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(lèi)似，但由于液相的蒸發(fā)，上述所述流型連續(xù)出現(xiàn)。第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日 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：第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日 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。第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日 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：第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日 氣液兩相流體力學(xué)對(duì)于