截面含氣率的計(jì)算_第1頁(yè)
截面含氣率的計(jì)算_第2頁(yè)
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截面含氣率的計(jì)算_第4頁(yè)
截面含氣率的計(jì)算_第5頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

截面含氣率的計(jì)算第1頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.1概述一.研究截面含氣率的重要性又稱(chēng)為空泡份額,是氣液兩相流動(dòng)的基本參數(shù)之一,在兩相流研究中處于重要的地位。

1.真實(shí)流動(dòng)參數(shù);

2.計(jì)算兩相流壓降,比如采用分相流模型;

3.截面含氣率對(duì)沸騰傳熱有重要影響。第2頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月二.截面含氣率的計(jì)算方法

1.根據(jù)截面含氣率定義式,建立計(jì)算滑速比S的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。

2.建立或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,或經(jīng)驗(yàn)曲線。

3.對(duì)兩相流動(dòng)作若干簡(jiǎn)化假設(shè),進(jìn)而建立計(jì)算的流動(dòng)模型。第3頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月阿曼德公式:五十年代(1955)范格拉里關(guān)系式

胡馬克關(guān)系式(Hughwork):經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法第4頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.2滑速比模型計(jì)算法一.奧斯馬奇金公式式中:全液相弗勞德數(shù);

Pcr-臨界壓力,對(duì)于水

Pcr=22.12MPa.上式,當(dāng)時(shí),與試驗(yàn)值的誤差適用于:豎直管,當(dāng)用于水平管時(shí),要求G>1500kg/m2.s第5頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月二.米洛波爾斯基公式

1.對(duì)于絕熱流動(dòng)的上升管

上式適用于垂直上升管,介質(zhì)是氣-水混合物。第6頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2.對(duì)于水平傾角為θ的傾斜管適用管徑范圍:第7頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.3混合相-單相并流模型一.混合相-單相并流模型的基本思想和基本假設(shè)

基本思想:把兩相流動(dòng)看成在管壁上流動(dòng)著的是單相液體,管道中間流動(dòng)著的是均勻的氣液混合物。

基本假設(shè):1.混合相內(nèi)氣液兩相之間沒(méi)有滑動(dòng),s=1;

2.兩相之間處于熱力學(xué)平衡態(tài),可由能量平衡條件確定質(zhì)量含汽率;

3.液相的動(dòng)壓和混合相的動(dòng)壓相等,即兩相速度頭相等。適用于:具有中心夾帶液滴的環(huán)狀流動(dòng)。第8頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖4.1混合相-單相并流模型二.模型推導(dǎo)過(guò)程

1.根據(jù)連續(xù)性方程,得出汽相含氣率

表達(dá)式;

2.引入系數(shù)E()導(dǎo)出液膜中含液率;

3.根據(jù)假設(shè)(3),推導(dǎo)出混合相中含液率;

4.;

5.根據(jù)假設(shè)(3),引入混合相中兩相平均密度;

6.推導(dǎo)簡(jiǎn)化,得出表達(dá)式。第9頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月三.討論若E=1,全部攜帶,

E=0,兩相完全分開(kāi),

即。四.適用條件當(dāng)E=0.4時(shí),模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,在P=0.1-14.8MPa,G=650-2500kg/m2.s,D=6-38mm時(shí),計(jì)算誤差為±10%。當(dāng)x<0.01時(shí),不適用。第11頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月上節(jié)內(nèi)容回顧:截面含汽率的三類(lèi)計(jì)算方法根據(jù)截面含氣率定義式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和根據(jù)流型特征建立簡(jiǎn)化模型混合相-單相并流模型第12頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.4變密度模型1.基本思想認(rèn)為兩相流既不是完全均勻混合的均勻流體,也不是完全分離的環(huán)狀流動(dòng),而是液體中存在懸浮氣泡的流動(dòng)。2.基本假設(shè)

(1).截面含氣率和速度徑向分布不均勻;

(2).在徑向任一位置上,氣相和液相間沒(méi)有相對(duì)滑移;

(3).兩相流體是一種密度是徑向位置的函數(shù),即把兩相流當(dāng)作非均質(zhì)的單相流來(lái)處理。一.變密度模型的基本思想和基本假設(shè)第13頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月二.推導(dǎo)過(guò)程1.假設(shè)圓管內(nèi)兩相流的速度和截面含氣率的分布規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)表示;2.給出液體和氣體的質(zhì)量流量表達(dá)式;3.給出通道截面平均含氣率表達(dá)式;4.引入班可夫流動(dòng)參數(shù)K

,推導(dǎo)出平均截面含氣率表達(dá)式。圖4-2變密度模型第14頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月5.系數(shù)K的確定對(duì)于各種流速和截面含氣率的分布情況,當(dāng)m=2-7,n=0.1-5時(shí),K=0.5-1.0。(1).雙組分兩相流

Bankoff將他的計(jì)算結(jié)果與m-n的法相比較,得到

K=0.89,(2).汽-水混合物

K=0.71+0.0145P(P-MPa)6.適用條件適用于高壓低質(zhì)量含氣率的情況,如泡狀流。第15頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1.基本思想認(rèn)為必須同時(shí)考慮氣液兩相之間的滑移以及流速和空泡份額在流通截面上的不均勻分布。

2.基本假設(shè)

(1).氣液兩相之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng);

(2).空泡份額和兩相流速在流道截面上分布不均勻,引入分布參數(shù)Co.4.3漂移流模型第16頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月漂移速度和漂移通量

漂移速度:各相真實(shí)速度與兩相混合平均速度J的差值。

氣相漂移速度:液相漂移速度:漂移通量:各相相對(duì)于兩相混合平均速度J運(yùn)動(dòng)的截面所流過(guò)的體積通量。

氣相漂移通量:液相漂移通量:

第17頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.兩個(gè)平均值的概念對(duì)于某個(gè)量F(1).按截面平均

(2).按空泡份額加權(quán)平均4.推導(dǎo)過(guò)程

(1).按截面平均定義,給出氣相速度和氣相漂移速度關(guān)系式;

(2).按加權(quán)平均定義,給出氣相權(quán)重平均速度和氣相加權(quán)平均漂移通量關(guān)系式;

(3).引入分布參數(shù)Co,導(dǎo)出沿通道截面的平均截面含氣率以及兩相滑速比的表達(dá)式。第18頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月5.討論

1.兩相間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),則

2.和分布均勻,則Co=1Bankoff變密度模型Wallis滑動(dòng)模型Bankoff變密度模型和Wallis滑動(dòng)模型都是漂移流模型的特殊情況。第19頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月6.Co

和的確定

(1)圖解法斜率:截距:

第20頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(2).軸對(duì)稱(chēng)圓管內(nèi)分布參數(shù)Co的確定

1).假定和的分布

2).推導(dǎo)得出分布參數(shù)Co表達(dá)式用表示用表示第21頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3).討論若沿截面分布均勻,如霧狀流,則若,如穩(wěn)定的泡狀流、彈狀流,則若,如過(guò)冷沸騰第22頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月7.Co和的通用試驗(yàn)結(jié)果

(1)Zuber關(guān)系式適用條件:,泡狀流或彈狀流

(2)垂直上升管中泡狀流

Wallis認(rèn)為氣泡聚合能力較小,單個(gè)氣泡直徑D=1-20mm,他建議第23頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(3).垂直上升管中攪拌流

Zuber-Staub建議對(duì)于圓管:對(duì)于矩形管:第24頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(4)環(huán)狀流

Ishill提出第25頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月例題

試根據(jù)漂移流模型推導(dǎo)出S與之間的關(guān)系第26頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.7欠熱沸騰區(qū)截面含汽率的計(jì)算一.概述

1.在加熱通道內(nèi),處理兩相流壓降和傳熱問(wèn)題時(shí),通常都是按熱平衡原理計(jì)算含汽量x。

2.熱力學(xué)平衡:工質(zhì)在通道內(nèi)的同一截面上不存在壓力差和溫度差。

3.在任何加熱沸騰通道中,盡管液體的平均溫度還沒(méi)有達(dá)到飽和溫度,但當(dāng)加熱表面上的溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),就可以發(fā)生汽化,這種觀象稱(chēng)為欠熱沸騰(也稱(chēng)過(guò)冷沸騰)。它是由于流體中的熱力學(xué)不平衡而引起的。

第27頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月二.加熱通道內(nèi)流動(dòng)區(qū)域的劃分圖4-4流動(dòng)欠熱沸騰分區(qū)圖1、單相流區(qū)Ⅰ2、深度欠熱區(qū)Ⅱ

(A點(diǎn)到B點(diǎn))A:過(guò)冷沸騰起始點(diǎn)(ONB)3、輕度欠熱區(qū)Ⅲ

(B點(diǎn)到D點(diǎn))B:氣泡脫離壁面起始點(diǎn),又稱(chēng)凈蒸汽產(chǎn)生點(diǎn)(FDB)4、飽和沸騰區(qū)Ⅳ壁面輸入熱量,加熱欠熱流體:ABCD第28頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月

三.影響欠熱沸騰的因素1.熱流密度升高,流道徑向溫度梯度增大,欠熱沸騰影響增大;

2.質(zhì)量流速和壓力升高,欠熱沸騰影響減小。壓力升高,汽化潛熱降低;當(dāng)p=pcr時(shí),汽化潛熱為零;流速增高,加熱流道內(nèi)的溫度梯度減小。第29頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月四.欠熱沸騰起始點(diǎn)(A點(diǎn)\ONB點(diǎn))的確定當(dāng)從壁面輸入熱量時(shí),大致有三種論點(diǎn):

1.第一個(gè)氣泡產(chǎn)生點(diǎn);2.壁溫等于飽和溫度(TW=TS)的點(diǎn);3.壁溫大于飽和溫度,且壁溫變平;或用局部欠熱度來(lái)判定。第30頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月詹斯—洛特斯經(jīng)驗(yàn)式:

hf—

單相強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)。欠熱沸騰起始點(diǎn)A第31頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月五.深度欠熱區(qū)截面含汽率的確定1.深度欠熱區(qū)的特點(diǎn):(1).氣泡附在壁面上,值很?。?2).沿加熱通道長(zhǎng)度呈線性分布;(3).在欠熱沸騰起始點(diǎn)(A點(diǎn))以前,為零。2.凈蒸汽產(chǎn)生點(diǎn)(B點(diǎn)或FDB點(diǎn)):氣泡充滿(mǎn)整個(gè)加熱壁面,并從這點(diǎn)開(kāi)始脫離壁面.第32頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月B點(diǎn)處的截面含汽率由于A點(diǎn)到B點(diǎn)的截面含汽率是線形變化氣泡膜的平均厚度:3.深度欠熱區(qū)任一點(diǎn)處的截面含汽率氣泡的平均半徑:第33頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖4-4流動(dòng)欠熱沸騰分區(qū)圖1、單相流區(qū)Ⅰ2、深度欠熱區(qū)Ⅱ

(A點(diǎn)到B點(diǎn))A:過(guò)冷沸騰起始點(diǎn)(ONB)3、輕度欠熱區(qū)Ⅲ

(B點(diǎn)到D點(diǎn))B:氣泡脫離壁面起始點(diǎn),又稱(chēng)凈蒸汽產(chǎn)生點(diǎn)(FDB)4、飽和沸騰區(qū)ⅣABCD第34頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月六.氣泡脫離壁面起始點(diǎn)(B點(diǎn)/FDB點(diǎn))的確定

根據(jù)熱平衡方程:式中:—B點(diǎn)到入口處的距離,m;

—熱流密度,W/m2;

循環(huán)速度,m/s;—入口溫度,oC;—飽和溫度,

oC;

—B點(diǎn)溫度,oC;

—定壓比熱,W/kg.oC.

第35頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1.布朗經(jīng)驗(yàn)公式式中:—實(shí)驗(yàn)常數(shù)

—系統(tǒng)壓力,MPa;

第36頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2.薩哈-朱伯關(guān)系式

薩哈和朱伯等人認(rèn)為,凈蒸汽產(chǎn)生點(diǎn)必須滿(mǎn)足熱力和流體動(dòng)力兩方面的限制,在低質(zhì)量流量時(shí),氣泡的冷凝取決于熱擴(kuò)散過(guò)程。局部努塞爾數(shù)反映了對(duì)流傳熱與導(dǎo)熱分子擴(kuò)散的比較第37頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月

在高質(zhì)量流量時(shí),即在流體動(dòng)力支配區(qū),如果認(rèn)為附在壁面上的氣泡象表面粗糙度那樣影響流動(dòng),那么,脫離的氣泡應(yīng)當(dāng)相應(yīng)于某個(gè)特定的粗糙度。

局部斯坦東數(shù)

St:一種修正的Nu數(shù),可以視為流體實(shí)際的換熱熱流密度與流體可傳遞最大熱流密度之比。第38頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月熱擴(kuò)散率:第39頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月圖4-5氣泡脫離壁面條件第40頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月七.輕度欠熱區(qū)截面含汽率的計(jì)算

1.B點(diǎn)的熱平衡含汽率由熱平衡方程第41頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月2.輕度欠熱區(qū)任一點(diǎn)的熱平衡含汽率式中,io為該點(diǎn)處單位質(zhì)量流體的總焓值。第42頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3.和確定后,薩哈-朱伯建議用以下公式計(jì)算的Zo點(diǎn)真實(shí)質(zhì)量含汽率XT

上式也可以用于飽和沸騰區(qū)含汽率的計(jì)算。因?yàn)樵陲柡头序v區(qū)xo'較大,可得

第43頁(yè),課件共49頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4.輕度

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