第三章(第二次課)-兩相流動(dòng)模型(均、分)課件

第二課兩相流常用模型

上海交通大學(xué)核工系第二課兩相流常用模型1一、概述兩相流動(dòng)建模的思想是：把兩相流動(dòng)按前述的各種基本流型區(qū)分開來，再根據(jù)流型特征分析其流動(dòng)特性，并將基本方程組應(yīng)用于這種經(jīng)理想化的有代表性的流型，從而求得方程組的解。一、概述兩相流動(dòng)建模的思想是：把兩相流動(dòng)按前述的各種基本流型2三維簡(jiǎn)化為一維的基本假設(shè)在氣液兩相流動(dòng)研究中最普遍采用的簡(jiǎn)化假設(shè)是將三維流動(dòng)簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)。一維流動(dòng)假設(shè)的基本內(nèi)容包括：①穩(wěn)定流動(dòng)；②在垂直于流動(dòng)方向的平面上，各相分別具有一個(gè)平均速度與平均密度；③垂直于流道軸線的任一平面上壓力均勻；④氣相與液相所占有的面積之和等于流道截面積。三維簡(jiǎn)化為一維的基本假設(shè)在氣液兩相流動(dòng)研究中最普遍采用的簡(jiǎn)化3二、均相流模型

均相流的概念最初是由前蘇聯(lián)人提出的，主要是因?yàn)榍疤K聯(lián)人研究?jī)上嗔魇怯脤?shí)驗(yàn)手段和實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，因此，理論上越簡(jiǎn)單越好。均相流（HomogeneousFlow）模型實(shí)質(zhì)上是對(duì)兩相流動(dòng)理解與建模的的一種特定的等效圖象，是一種最為簡(jiǎn)單的分析模型方法。二、均相流模型均相流的概念最初是由前蘇聯(lián)人提出的，主要是因4均相流模型中采用的基本假設(shè)

均相流模型中采用的基本假設(shè)為：①認(rèn)為兩相混合得很好，氣液兩相具有相同的流動(dòng)線速度（ul=uv）；②兩相間處于熱力平衡，對(duì)于汽液兩相流動(dòng)，兩相間熱力平衡即蒸汽與液體具有相同的溫度且均處于飽和狀態(tài)；③使用合理確定的單相摩擦系數(shù)。均相流模型中采用的基本假設(shè)均相流模型中采用的基本假設(shè)為：5均相流模型適用的流型在前面關(guān)于流型的敘述中我們知道，氣液兩相的流速其實(shí)并不相等，只有在高含氣率（大量氣體中含有少數(shù)液滴）或者很小含氣率（大量液體中僅含有少量氣泡）時(shí)兩相流速才近似相等。因此，這一模型實(shí)際上只適用于泡狀流與霧狀流。均相流模型適用的流型在前面關(guān)于流型的敘述中我們知道，氣液兩相6總地來說，均相流模型的基本思想是用一等效的可壓縮流體代替兩相流體。若一相均勻地彌散于另一相中，兩相間動(dòng)量傳遞和能量傳遞足夠快，兩相的當(dāng)場(chǎng)平均速度和溫度便基本相等。這時(shí)，若各參數(shù)沿流道變化率不大，熱力不平衡影響便可一忽略，這樣均相流模型就比較適用。比如，對(duì)于泡狀流型，均相模型比較適用；而對(duì)于分層流型，特別是兩相相向流動(dòng)，均相流模型就不再適用了?？偟貋碚f，均相流模型的基本思想是用一等效的可壓縮流體代替兩相7實(shí)際工程中均相流模型的參數(shù)范圍一般而言，系統(tǒng)壓力越高，流體流速越快，均相流模型就越適用。因此，有研究者提出均相流模型的適用范圍是：，，。此外，有的學(xué)者還提出當(dāng)液相粘度時(shí)建議不采用均相流模型。實(shí)際工程中均相流模型的參數(shù)范圍一般而言，系統(tǒng)壓力越高，流體流8均相流模型的控制方程采用均相流模型時(shí)，由于氣相與液相的流速相等，即ul=uv或滑速比S=1，亦即兩相之間沒有滑動(dòng)，因而可以將上述的基本方程加以簡(jiǎn)化；其次，將均相流模型的基本方程與單相流體守恒方程類比，便可定義所需的兩相混合物的“物性”與摩擦系數(shù)計(jì)算式。均相流模型的控制方程采用均相流模型時(shí)，由于氣相與液相的流速相9質(zhì)量守恒方程：質(zhì)量守恒方程：10均相流情況下，關(guān)于兩相混合物密度ρH的定義有兩種形式：1.考慮到ul=uv，利用算術(shù)平均方法可以得到均相流模型下的流動(dòng)密度為均相流情況下，關(guān)于兩相混合物密度ρH的定義有兩種形式：112.考慮到ul=uv，利用調(diào)和平均方法可以得到均相流模型下的流動(dòng)密度為2.考慮到ul=uv，利用調(diào)和平均方法可以得到均相流模型下12動(dòng)量守恒方程：動(dòng)量守恒方程：13均相流模型使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)均相流模型基本守恒方程組的討論表明，求解均相流模型的關(guān)鍵在于如何確定合適的混合物平均特性，或稱折合參數(shù)。另外，正如前面曾指出，根據(jù)均相流假定，該模型適用于兩相速度幾乎相等的流型（如泡狀流或霧狀流型等）。對(duì)于一些與均相流假設(shè)相差較遠(yuǎn)的兩相流型，有時(shí)為簡(jiǎn)化期間，也采用均相模型，此時(shí)必須注意經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇。均相流模型使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)均相流模型基本守恒方程組的討論表14三、分相流模型分相流模型是歐美國(guó)家的科學(xué)提出推崇的研究?jī)上嗔鲃?dòng)的方法，它更接近于兩相流動(dòng)的真實(shí)情況，一般適用范圍比均相流模型大。自1944年Martinelli與Lockhart發(fā)表氣液兩相流動(dòng)推導(dǎo)結(jié)果以來，分相流模型不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同的表達(dá)形式。常用的一些分相流模型彼此差異很大，復(fù)雜程度也不相同。三、分相流模型分相流模型是歐美國(guó)家的科學(xué)提出推崇的研究?jī)上嗔?5分相流模型的示意圖分相流模型的示意圖16連續(xù)方程（質(zhì)量守恒方程）氣相：液相：連續(xù)方程（質(zhì)量守恒