多相流检测技术综述报告.doc

气液两相流流型检测方法综述报告 姓名 学院电气与自动化工程 专业自动化 学号 班级5 教师金宁德 2013年3月28日 在多相流屮，气液两相流是最常见、也最复杂的一种多相流形式。 随着本世纪40年代以来石油化工工业，航空工业，原子能工业的发展以及 其它生产过程的需要，对气液两相流的研究日益得到重视，使它成为一门完整的 应用基础学科⑴。广义而言气液两相流属于流体力学的研究范畴之一，流体力学 的基本方程也适合与气液两相流，但由于在气液两相流屮，存在气液两项间的相 互作用，因此两相流动问题极其复杂。其流型的复杂性和多样性就是显著特点［役 气液两相流体系是一个复杂的多变量随机过程体系，流型是系统屮具有重要 工程意义的基本参数之一，一直是两相流研究11?的一个重要方向。 流型对多相流检测有着重人的影响，其受工作条件、流体性质、流速和管道的 方向形状等多方面的影响。大多数流量计貝适用于特定的流型，对不同的流型， 测量精度相差很大。两相流屮两相之间存在着多变的相界面，在气液两相流屮， 相界而的形状及其在两相流屮的分布情况是随着流动过程随时在变化的。两相流 的相界面的这种多变性，致使两相流的流型不仅是多种多样的，而口变化带有随 机性，两相流存在这种多变的相界面正是两相流区别于单相流的一?个主要特征⑶。 测量气液两相流十分困难，主要有以下3个原因： 1） 两和流流动存在各种流型，流型取决于各组分之间的相对速度、流体性质、 管道结构、流动方向等⑷。 2） 各组分之间不是均匀混合的，而往往是分离的。例如，油与水混合不好， 气体与液体保持分离等。各组分存在相互作用。气体会从溶解物屮析出，也会溶 入液休，蜡和水合物可能在流动过程屮沉积⑸。 3） 各组分以不同速度流动，气相和液相以不同速度流动是普遍的⑹。 正是由于气液两相流检测存在诸多困难，国内外许多专家学者对其进行了大 量研究实验。本文就与气液两和流流型检测有关的研究状况进行了回顾,力图反 映近年来气液两相流流型检测研究的状态和趋势。 二、正文 (一)流型及分类流型图 1、流型分类 由于气体和液体在一起流动的过程屮，两相均可发生变形，且两相界面将 不断变化，进而两相介质的分布状态也会不断变化，从而导致流型变的复杂化、 多样化同吋流型还与管道尺寸、管截面形状、管道角度、管道加热状态、所处的 重力场、介质的表面张力、壁面及相界面间的剪切力等因素有密切关系。因此, 每位研究者对于流型都有不同的划分标准。 早期对流型划分的研究研究比较初略，流型的划分也很简单，随着后來研究 的不断深入，人们对多相流现象的了解不但加深，流型的划分也口趋精细。但近 年来的研究表明，有些流型的差别很小，流型过细的划分对研究多相流流动特性 并无必要⑺。 近年来，有些学者(Barnea等)提出了从多相流屮流动介质的连续性出发进 行流型的划分。即将介质的形态分别分为连续的(continuous).间断的 (intermi ttent)和弥散的(dispersed)。流型的要素就是不同介质及其形态的不 同组合⑵。 Oshinowo从实际应用的简明性考虑，在综合发展了其他研究学者结果的基 础Z上，提出了几种常见流动条件下的流型划分标准肚。 垂直下降管的流型划分为五种，如图1.1所示。 1?泡状流2.弹状流 3?乳沫状流 1?泡状流2.弹状流 3?乳沫状流 4?环状淹5?细束环状流 图1.1垂有下降管段屮气液两相流流型分布 由于重力影响造成了水平管道内流动的不对称性，使得其与垂直管道 的流型有所不同，我们根据Oshinowo流型划分原则把水平管道屮的流型划分为 六种，具体的流型如图1.2所示。 泡状诡 分层淹 波状洗 环状流 图1.2水平管段屮气液两相流流型分布 2、流型图 流型图是用于流型识别及流型转换判断的重耍工具Z—，多相流流型判定大 体上有两种方法：一种是通过实验总结，建立流型图來辨识流型，另一种是根据 流型转变的内在机理，通过建立数学模型来判断流型。第一种方法常用在多相流 研究的早期，其流型划分往往缺乏必要的理论依据，带有一定的主观性，一般没 有全面考虑各相流体的物性、管径及倾角之间的影响，这样的流型图应用范囤也 较为有限。第二种方法出现在多相流研究的深入阶段，它以前一种方法所得流型 为-基础，从流型转变机理入于，寻求各部分转变的数学模型，可是由于多相流流 动十分复杂，这种方法难度较大⑼。 早在1949年，Lockhart等研究了不同的管内流动条件下的流动阻力问题。Baker在前人研究结果的基础上发展了流型判别的流型图方法。同时代Hoogendoorn针对水平管气液两相流也应用了这一方法。其后，出现了许多种不同条件下得到的流型图。比较有代表意义的有Mandhane等，Taitel等Weisman等，Lin 等（水平圆管），