哈工程两相流第3章.ppt

第三章 两相流的基本方程 本章主要内容 1. 单相流体一元流动基本方程； 2. 两相流分相流、均相流模型基本方程； 3. 动量方程的积分形式。 3.1 概述 一.两相流计算方法 简化模型分析法 采用适当的简化假设，再从两相流的基本方程求得描述该两相流动过程的函数形式，然后用试验方法定出方程中的经验系数。简化模型主要有两类: 1.均相流模型； 2.分相流模型。 数学解析模型分析法 其理论基础是热流体动力学，它由流场的基本守恒方程，流体的结构方程构成描述体系的微分数学模型。 几个简化概念 (1) 将两相三维流动简化成一元流动，即只考虑两 相流动沿流向的变化； (2) 将两相流体看成是不可压缩的，不考虑沿管长 压力变化对流体物性参数（密度、比容等）的影响。 一. 连续方程 3.2 单相流体一元流动的基本方程 单位时间内 流入与流出控制体的质量差 等于控制体内质量的增量 稳定流动： p g 二. 动量方程 流体流动方向为正 3.2 单相流体一元流动的基本方程 作用于控制体的合外力 等于其动量的变化率 合外力：质量力+表面力 动量变化率： 流入流出控制体的动量 控制体内积存流体的动量变化 p g 三. 能量方程 流体流动方向为正 3.2 单相流体一元流动的基本方程 单位时间内， 控制体内总能量的增量 等于加入控制体的热量 与外界对其所作功之和。 一. 连续方程 二. 动量方程 三. 能量方程 3.2 单相流体一元流动的基本方程 3.3 两相流分相流模型一元流动的基本方程 一. 分相流模型的定义及基本假设 基本思想：把两相流看成是分开的两股流体流动，把两相分别按单相流处理并计入相间作用，然后将各相的方程加以合并。 适用于分层流、波动分层流、环状流等。 基本假设： 1. 两相完全分开流动； 2. 两相流速不相等； 3. 一元流动，任一流道截面上压力分布均匀，不考虑流速以及流体物性参数沿管道径向方向的变化。 微元管段的流动简化模型 二. 分相流模型基本方程 （一）连续性方程 单相 气相 流入 流出 质量变化率 二. 分相流模型基本方程 （一）连续性方程 气相 液相 两相混合物连续性方程 相间质量交换率 稳定流动时： （二）动量方程 液相动量方程 气相动量方程 分相流模型两相混合物动量方程 当两相混合物在等直径直圆管中稳定流动时， A为常数，则动量方程成为 摩擦压降梯度 重位压降梯度 加速压降梯度 例题3-1 气液两相在管径为A的管内分相流动，如果液体有一部分以雾状转 入气相中，并以气相相等的速度流动。设这部分液体占液相总质量流量M’ 的份额为E，其所占的截面含液率为（1-α-γ），α为截面含气率， γ是仍保持在液相流动的截面含液率。已知质量含气率x,试推导在等 截面直管内稳定流动时动量方程中的加速度压力梯度的表达式。 解： 1. 面积关系 2.流量关系 4.加速压力梯度 3.流速关系 气相：W” 液滴：W” 液膜：W’ （三）能量方程 液相能量方程为 气相的能量方程为 稳定流动时，单位质量两相混合物的能量方程 两相混合物的能量方程中，总压降梯度 摩擦压降梯度 重位压降梯度 加速压降梯度 内能的增量 (3-36) 一. 连续方程 二. 动量方程 三. 能量方程 两相流分相流模型一元流动的基本方程 3.4 均相流模型的基本方程 一、均相流模型的基本思想和基本假设 基本思想：通过合理定义两相混合物的平均物性值， 把两相流当作具有这种平均特性，遵守单相流体基本方程的 均匀介质。 基本假设： （1）两相具有相等的速度，即 （2）两相之间处于热力学平衡状态； （3）可使用合理确定的单相摩阻系数表征两相流动。 可以采用每一相的质量份额作为权重因子，去计算均相混合物的物性参数，由此获得均相混合物物性的一般式。 二.连续方程 定常流动条件下： 均相两相混合物物性参数： 对于均相两相流： 三.动量方程 四.能量方程 一. 动量方程 二. 能量方程 单相 均相 单相 均相 上节内容回顾 一.工程上计算压降时常用动量方程的积分形式 3.5 动量方程的积分形式 在分相流模型中 1.流体与壁面摩擦引起的机械能损失； 2.界面由于相对运动引起的机械能损失。 二.分相流模型动量方程的积分 当输入热流不变，均匀加热时，质量含气率x与 管长Z存在线形关系. 二.均相流模型动量方程的积分 当沿管长均匀加热时，质量含气率x与管长Z存在线性关系。 对于绝热流动的等截面通道，不存在加速压降，总的压降可以表示