第三章(第二次课)--两相流动模型(均、分)

第二课两相流常用模型上海交通大学核工系一、概述两相流动建模的思想是：把两相流动按前述的各种基本流型区分开来，再根据流型特征分析其流动特性，并将基本方程组应用于这种经理想化的有代表性的流型，从而求得方程组的解。三维简化为一维的基本假设在气液两相流动研究中最普遍采用的简化假设是将三维流动简化为一维流动。一维流动假设的基本内容包括：①稳定流动；②在垂直于流动方向的平面上，各相分别具有一个平均速度与平均密度；③垂直于流道轴线的任一平面上压力均匀；④气相与液相所占有的面积之和等于流道截面积。二、均相流模型均相流的概念最初是由前苏联人提出的，主要是因为前苏联人研究两相流是用实验手段和实际应用的角度出发，因此，理论上越简单越好。均相流（HomogeneousFlow）模型实质上是对两相流动理解与建模的的一种特定的等效图象，是一种最为简单的分析模型方法。均相流模型中采用的基本假设均相流模型中采用的基本假设为：①认为两相混合得很好，气液两相具有相同的流动线速度（ul=uv）；②两相间处于热力平衡，对于汽液两相流动，两相间热力平衡即蒸汽与液体具有相同的温度且均处于饱和状态；③使用合理确定的单相摩擦系数。均相流模型适用的流型在前面关于流型的叙述中我们知道，气液两相的流速其实并不相等，只有在高含气率（大量气体中含有少数液滴）或者很小含气率（大量液体中仅含有少量气泡）时两相流速才近似相等。因此，这一模型实际上只适用于泡状流与雾状流。总地来说，均相流模型的基本思想是用一等效的可压缩流体代替两相流体。若一相均匀地弥散于另一相中，两相间动量传递和能量传递足够快，两相的当场平均速度和温度便基本相等。这时，若各参数沿流道变化率不大，热力不平衡影响便可一忽略，这样均相流模型就比较适用。比如，对于泡状流型，均相模型比较适用；而对于分层流型，特别是两相相向流动，均相流模型就不再适用了。实际工程中均相流模型的参数范围一般而言，系统压力越高，流体流速越快，均相流模型就越适用。因此，有研究者提出均相流模型的适用范围是：，，。此外，有的学者还提出当液相粘度时建议不采用均相流模型。100vlmmD80smkgG2200201.0msNl均相流模型的控制方程采用均相流模型时，由于气相与液相的流速相等，即ul=uv或滑速比S=1，亦即两相之间没有滑动，因而可以将上述的基本方程加以简化；其次，将均相流模型的基本方程与单相流体守恒方程类比，便可定义所需的两相混合物的“物性”与摩擦系数计算式。质量守恒方程：常数HHllvvuAWuu1均相流情况下，关于两相混合物密度ρH的定义有两种形式：1.考虑到ul=uv，利用算术平均方法可以得到均相流模型下的流动密度为mlvH12.考虑到ul=uv，利用调和平均方法可以得到均相流模型下的流动密度为lvHHlvvxxvvxx111动量守恒方程：dzdvGgdzdFdzdpHHH2sin均相流模型使用时的注意事项对均相流模型基本守恒方程组的讨论表明，求解均相流模型的关键在于如何确定合适的混合物平均特性，或称折合参数。另外，正如前面曾指出，根据均相流假定，该模型适用于两相速度几乎相等的流型（如泡状流或雾状流型等）。对于一些与均相流假设相差较远的两相流型，有时为简化期间，也采用均相模型，此时必须注意经验数据的选择。三、分相流模型分相流模型是欧美国家的科学提出推崇的研究两相流动的方法，它更接近于两相流动的真实情况，一般适用范围比均相流模型大。自1944年Martinelli与Lockhart发表气液两相流动推导结果以来，分相流模型不断发展，出现了许多不同的表达形式。常用的一些分相流模型彼此差异很大，复杂程度也不相同。分相流模型的示意图连续方程（质量守恒方程）气相：液相：dzdxWdzdWvdzdxWdzxdWdzdWl1动量守恒方程（压降方程）：摩擦压降＋加速压降＋重位压降TPgTPaTPfdzdpdzdpdzdpdzdp能量守恒方程（传热方程）；气相：液相：iiiiiivvvvvvvMEAqdzuASgWpvWdzduUWdzdQsin212iiiiiilllllllMEAqdzuASgWpvWdzduUWdzdQsin212本次课结束！