哈工程两相流教育课件.ppt

,*,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,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,*,哈工程两相流,课程目录,第一章 两相流基本参数及其计算方法（,3,学时）,第二章 两相流的流型和流型图（,4,学时）,第三章 两相流的基本方程（,3,学时）,第四章 截面含气率的计算（,7,学时）,第五章 直管的两相流压降计算（,8,学时）,第六章 两相流局部压降计算（,2,学时）,第七章 两相临界流动（,3,学时）,第八章 两相流流动不稳定性（,2,学时）,课程重点,熟练掌握两相流基本参数的定义，表达式及计算方法。,掌握绝热与非绝热垂直与水平管内各种流型的基本特征，能用流型图判别流型，了解流型过渡的判别条件。,对截面含气率的三类计算方法有明确的认识，掌握用漂移流模型计算截面含气率的方法，了解欠热沸腾区截面含气率的计算过程。,掌握用均,相,流模型及分相流模型计算直管内的摩擦压降、重位压降及加速度压降,的方法,。了解影响摩擦压降的主要因素。,能计算热平衡条件下受热及不受热流道的两相总压降。,能分别用三个模型计算长孔道内临界质量流速，掌握短孔道内临界流的特征及临界质量流速的计算。,1.1,基本概念,1.2,气相介质含量,1.3,两相流的流量和流速,1.4,两相介质密度及比容,1.5,加热通道内沸腾段长度的确定,第一章 两相流基本参数及其计算方法,1.1,基本概念,1.,相：通常指某一系统中具有,相同成份,和,相同物 理、化学性质,的,均匀,物质成份，各相之间有,明显 的界面,。,宏观,上可以把物质分为,三,相：即,气相、液相、固相。,2.,单,相流：,单相,物质的流动。,3.,两,相流：固体、液体、气体三个相中的,任何两个,组合在一起、具有,相间界面,的,流动,体系。,4.,两相流的分类：,气液,两相流、,气固,两相流、,液固,两相流、,液液,两相流。,5.,多相流,1.1,基本概念,判断：下列体系哪些是单相的？哪些是两相的？,1,、水和水蒸汽,4,、有沙粒的小溪,2,、盐水溶液,5,、油水混合物,3,、氢气和氮气,6,、水和冰,1.1.1,两相流的分类,（1）按化学成份分为,单组分两相流,：同一种化学成分的物质的两种相,态混合在一起的流动，如水-水蒸汽、钠,-,钠蒸汽及冰,水混合物等。,双组分两相流：,不同化学成分的两种物质处于同,一个系统内的流动，如空气,-,水，油,-,水，烟,-,气等。,（,2,）按流道是否存在热交换可分为,绝热两相流,无相变，无相间质量交换。如汽水,分离。,加热两相流,有相变，有相间质量交换。如沸,腾，冷凝。,1.1.1,两相流的分类,（,3,）按两相物质所处的物态可分为,气液两相流,：水和水蒸汽，水和空气,气固两相流：,风沙，烟气,液固两相流：,血液流动,液液两相流：,两种不相溶的液体，油水混合物,气液两相流在核能、热能及大量工业设备中广泛存在，如核反应堆、蒸汽发生器等设备、锅炉、冷凝器、石油输送管道和气液分离器等。,两相流具有复杂性，多变性的特点，测量手段有限，两相流的研究充满挑战。,气液两相流是流体力学的一个分支，可在单相流体力学研究的基础上，考虑气液两相之间的相互作用，并引入一些两相流动参数，解决两相流现象中的相关问题。,1.1.2,研究气液两相流的目的及解决方法,1.2.1,定义,气相介质含量表示,两相流中气相所占的份额,。,1.2.2,几种表示方式,1.,质量含气率,x,（干度）,单位时间,内，流过通道,某一截面,的两相流体,总质量,M,中,气,相所占的,比例份额,。,式中，、分别表示,气,相和,液,相的,质量流量,，,kg/s,。,那么，,质量含液率,(,湿度,),可以表示为,1.2,气相介质含量,又称为,热平衡,含汽率，它是由,热平衡方程定义,的含汽率。在有,热量输入,的两相流系统中，可以根据输入的热量得到汽相的含量。,（,1,）热力学平衡（,thermodynamic equilibrium),系统内既无压力梯度和温度梯度，且该系统内所有共存相内也无化学势梯度时的状态。满足力学平衡、热平衡和化学平衡。,（,2,）热平衡方程,式中，,i,是流道某,截面,上,两相,流体的,焓值,，那么,2.,热力学含汽率,x,汽化潜热,饱和水焓,（,3,）讨论,当 ，两相流动处于欠饱和态，,过冷（欠热）沸腾或单相；,当 ，两相流动处于饱和,沸腾，这时,热平衡含汽率等于质量含汽率,；,当 ，过热蒸汽，单相汽体。,指,单位时间,内流过,某一截面,的,两相总容积,中，,气,相,所占的,比例份额,。,式中，分别表示,气,相和,液,相介质的,容积流量,，,m,3,/s,。那么，,容积含液率（,1-,）,由定义，可以推出,质量含气,率,x,与,的关系,3.,容积含气率,4.,截面含气率,又称为,空泡份额,。指两相流,某一截面,上，,气相,所占截面与总流道截面之比,。,式中，分别表示,气,相和,液,相所占的流道,截面积,，,m,2,。同理，,截面含液率（,1-),是容积流量比，表示,流过,通道的气相容积份额；,是体积比，表示,存在于,通道中的气相容积份额。,（,1-12,）,（,1-13,）,显然，对于单组分的两相流，,在两相流动系统中，两相之间会因,物性不同,(,如密,度,),存在,不同程度的滑动,。引入,滑速比,S,的概念，则,两相,之间滑动的大小,可以表示为,（,1-15,）,1.3,两相流的流量和流速,1.3.1,几种表达式形式,1.,质量流量和质量流速,总质量流量,M：,单位时间,内流过,任一横截面,的,气液,混合物的,总质量,kg/s.,总质量流速,G,：又称为,质量流密度,，指流道,单位截,面,通过的,质量流量,kg/m,2,.s.,每一相的质量流速与总质量流速的关系,总容积流量,：,单位时间,内，流过通道,任一流通截面,的,气液混合物,的,总的容积,，,m,3,/s,。,液相真实平均速度,，,m/s,：,气相真实平均速度,m/s,：,2.,容积流量、相速度和折算速度,折算速度,：又称,容积流密度,，又称为,表观质量,流速,（,superficial flow flux）,定义为,单位流道,截面,上的,两相流容积流量，,m/s,。它也表示,两相流的平,均速度。,式中，,J,g,为气相折算速度,，表示两相介质中,气相单独流,过同一通道时的速度,m/s,.,J,f,为液相折算速度,，表示两相介质中,液相单独流,过同一通道时的速度,m/s,.,讨论,当气液两相无相对运动时,当气液两相存在相对运动，且 ，则,漂移速度,：,各相真实,速度与两相混合,平均速度,J,的,差值,。,气,相漂移速度：,液,相漂移速度：,漂移通量,：,各相相对于两相混合平均速度,J,运动的,截面,所流过的,体积通量,。,气,相漂移通量：,液,相漂移通量：,3.,漂移速度和漂移通量,循环速度,：与两相混合物,总质量流量,M,相等的,液相,介质流过,同一,截面的通道时的速度。,欠热沸腾,时循环速,度在数值上,等于,通道,入口处水的速度,。,循环倍率,：,单位时间,内，流过通道,某一截面,的,两,相介质总质量,与其中,气相质量,之比，也就是,质量含气率,的倒数,。,4,.,循环速度和循环倍率,自然循环锅炉原理,对于沸腾通道，循环速度在,数值上,等于上升管入口处水,的速度,。,循环倍率,是指循环水流量与,蒸汽产量的比值,。,表示上升,管中实际产生一公斤蒸汽需,要的循环水流量几公斤,对于自然循环蒸汽发生器，循环流速是指上升空间通道入口处饱和水的流速。,循环倍率是指循环水流量与蒸汽产量的比值。,立式自然循环蒸汽发生器,对于蒸汽发生器而言，其循环倍率是表征其二次侧流动状,态的重要参数，它对于传热管的腐蚀、流动稳定、传热特性及,分离器工作等都有重要影响。苏联早期的文献，曾推荐取循环,倍率大于,2,3,，但随着运行实践经验的积累，目前各国倾向于,提高循环倍率，一般认为在设计状态时应大于,4,4.5,，其主要,考虑的因素如下：,1.,传热要求：,为了保证管壁润湿，特别是防止局部区域出现缺液或干涸。一般要求管束进出口处的蒸汽含量不超过,20%,25%,，相当于循环倍率大于,4,。,2.,流动稳定性：循环倍率低可能导致流动的不稳定，使流动产生振荡，这种流动振荡现象使传热效率下降，当流动振荡的幅度足够大时，就可能引起水和蒸汽流量的大幅度波动。,3.,管材腐蚀：在局部滞流或低流速区，往往导致污垢沉积或浓缩。从防止腐蚀与流动的要求出发，应适当提高循环流速，以便在管板上表面及管束弯管区提高冲刷流速。,5.,滑速比,由于气体和液体的流速不同，在两相之间存在滑动速度,(,滑移速度）,气体的速度与液体的速度之比称为滑速比,S,竖直上升流：,竖直下降流：,1.4,两相介质密度及比容,1.,两相介质密度表示方法,1,）两相介质的,流动密度,单位时间内流过流道某一截面的两相介质质量和,体积之比。,2,）两相介质的,真实密度,即单位体积内两相介质的质量，反映了存在于流,道中的两相介质的实际密度。,和 的关系：,1).,当,S=1,时,所以,，均质流动；,2).,当,时，,S1:,则,S1:,则,单位时间内流过流道某一截面的两相介质体积和质量之比,1),截面平均比容,v,A,2),动量平均比容,v,M,2.,两相介质的比容,3,）,动能平均比容,v,E,对比上面四种比容表达式,当,S=1,时，则有,，,。,1.,均匀,加热,1.5,加热通道内沸腾段长度的确定,均匀加热通道内含汽率的变化,沸腾段长度的确定实际上就是确定沸腾起始,面，它与加热方式及来流温度有关。,目的：为了确定分区,2.,正弦,加热,正弦加热通道内含汽率的变化,本章小结,1.,何谓两相流？两相流的分类？,2.,有关含气率、速度、密度、比容定义及计算式。,3.,两相流特性参数的分类,(1),流量参数：,可根据物质平衡或热平衡关系计算得到的参数,(2),真实流动特性参数：,代表流体流动时真实流动特性的参数，这类参数与两相流体的相对运动有关，有,4.,何谓热平衡？,及,5.,加热通道内沸腾起始截面的确定。,6.,之间的关系。,作业：,1-5,，,1-6,