第一章(第二次课)--两相流动参数

第二课两相流动参数定义尚智上海交通大学核工系一、平均化方法气液两相流动体系的流场中，在任一制定位置上，不同时刻可以是气相，可以是液相，也可以是两相之间的交界面，三者交替出现，远比单相流场复杂。为此研究两相流动体系采用宏观平均概念，将它看成具有某种宏观特性的两相混和物流体。二、空泡份额的定义空泡份额定义为，令代表任一时刻，空间处体积元内气相具有的容积份额。所选的体积元足够小，的取值仅为0或1，将其宏观统计平均值可定义为：,rdtrddrdr,,r三、两相流动通道的定义A表示流道横截面，其中，气相占有的流道截面为Av，液相为Al。四、质量流量W与质量流速G单位时间内流过任一截面的气液混合物的质量称为两相流体的质量流量W(kg/s)。气、液各相的质量流量与总质量流量关系为而流道单位截面通过的质量流量则称为质量流速或质量流密度G(kg/(m2s))，且有lvkAWGAWGkk,,五、体积流量、相速度与表观速度1.体积流量：我们定义两相流动的总体积流量Q(m3/s)单位时间内流经流道任一截面的气液混合物的体积。显然，总体积流量与各相体积流量之和，即：lvkWQQQQkkkvl,,2.相速度每一相的真实相平均速度定义为：这里，j为混合物的当地表观速度，jk表示任一相的当地表观速度。于是表观速度应为llllvvvvAWuAWulvkdAjAAQJJJAQJkkklv,,13.表观速度表观速度J(m/s)又称体积流密度定义为每单位流道截面上的体积流量，它是一种经截面权重后的平均速度，且有lvkdAjQjdAQkk,,六、空泡份额与流动体积份额1.空泡份额就具体流道而言，空泡份额就是指两相混合物流经任一截面时气相所占的面积Av与总截面积A的比值，即气相占有的流道截面份额。所以，又常称为截面含气率、空隙率等。即AAAAdArAlvA11表观速度与空泡份额的关系由前面的定义可以得到:llvvuJuJ12.体积份额另一常用的表达气相占有率的方法是采用流动体积份额，其定义是流过任一截面的气相体积流量Qv于两相混合物的体积流量Q之比，即QQ1QQlv体积份额与表观速度的关系流动体积份额与表观速度的关系是lvvvvJJJJJAQAQ七、质量含气率x又常简称为干度或含气率。它是任意流道截面上气相质量流量于两相混合物总质量流量之比，也称为流动质量含气率，即vvvlllvvvvAuAuAuWWx静态含气率在经典热力学中，还可能用到准静态含气率xs，它是气相质量Mv与两相混合物质量M之比，相当于实时流场（即当地）中气液两相混合物中气相的质量份额，可表达为vvllvvsAAAx八、滑速比SS称为两相滑速比，定义为：当时，，后面的例题中还要推导x，xs以及S之间的关系式lvuuSlvuu1Sxxs我们还可以由定义得到空泡份额与质量含气率x之间的关系为lvlvlvxxSxxuu111111九、热力学平衡含气率在加热的两相流动体系中，有时采用热力学平衡含气率的概念，其定义关系式为式中，h为两相混合物的焓，hl为液相饱和焓，为气液两相饱和焓差。平衡含气率xe的取值可以小于0，也可以大于1或在0与1之间。它们分别对应于欠热、过热及饱和状态。lvlehhhx十、相对速度、漂移速度和扩散速度1.相对速度2.漂移速度为相速度与两相混合物平均速度之差，即3.液相和气相的扩散速度分别为lvvllvruuuuulvkJuukkj,,mvvmmllmuuuuuu十一、漂移流密度漂移流密度定义为任一相通过以两相平均速度运动的单位横截面上的体积流量，此概念在后面介绍的漂移流模型中十分重要，又常称为漂移体积流密度。vlllvlvvvlJJJuJJJJuJ1111例题讲解例题1设滑速比，试推导流动质量含气率x与准静态含气率xs之间的关系式。解：由于流动质量含气率为：)/(//ggglllgggggAuAuAuWWGGx那么1－x于是得到gggllllllAuAuAux1)/()/()(1ggglllgggggglllggglllAuAuAuAuAuAuAux那么x/（1－x）为llggllgglgAASAAuuxx1而准静态含气率为)/(ggllggsAAAx同样1－xs为xs/（1－xs）为ggllllsAAAx1llggssAAxx1最后得到)1/()1/(ssxSxxx例题2.压力为0.1MPa与6.8MPa的蒸汽-水混合物系统，水蒸汽的质量含气率x为2，滑速比S=1，分别计算对应的空泡份额。解：在0.1MPa工况下，通过查水蒸气性质表得到；在6.8MPa工况下，通过查水蒸气性质表得到。通过公式27001lv6.201lvlvlvlvxxSxxuu111111特别地，当S=1时，有lvxx111因此：0.1MPa下%22.9802.002.0127001116.8MPa下%64.2902.002.016.20111本次课结束！