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垂直管中气液两相气泡流的流动规律

流体在管道中的流动状态可分为两种类型。当流体在管中流动时，

若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间互不混合。

因此，充满整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动，这

种流动状态称为层流(laminarflow)或滞流(viscousflow)。当流体在

管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的运动速

度在大小和方向上都有时发生变化，于是质点间彼此碰撞并互相混合，

这种流动状态称为湍流(turbulentflow)或紊流。

流型又称流态，即流体流动的形式或结构,两相流中相间界面的

形状和分布状况，就构成了不同的两相流流型。

两相间存在的随机可变的相界面致使两相流动形式多种多样，十

分复杂。

流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。对两相流各

种参数准确测量也往往依赖于对流型的了解。

流型的研究已有数十年的历史，但流型的分类尚未统一，甚至同

一名称的流型在定义上也不一致。

气液两相流的流型划分。

传统的流动结构判别方法主要有两类

采用实验方法作出流型图，采用可视化方法、射线衰减法、接触

式探针法等；

根据对流型转变机理得到转变关系式，利用现场的流动参数来确

定具体的流型。

正确预测判别多相流的流动结构是困难的：

理论上一个多相流系统的流动结构有无穷多个

影响多相流流动结构的因素多且复杂

研究现状：

已进行了大量的测量、观察和分析研究工作，至今只有在两相流

领域中得出了一些应用范围有限的流动结构判别图及相应的流型判

别式，可以粗略地判别管道中两相流体的流动结构。

无论是流型图还是流型判别式都需依靠实验确定出流型转变条

件，而且这些转变条件都是针对一定的流道，在一定的介质参数下，

进行直接观察实验，用目测或摄影(高速摄影、高速闪光摄像等)来区

分流型。目测与摄影都带有主观因素，缺乏客观判断，尤其是在流型

转变区域，更难分辨。

流型研究主要采用技术：

对于不透明管道，采用高速x射线CT法，中子射线照相法

(NeutronRa—diography)、加速器产生的阳极射线法，

NMR(NuclearMagneticResonance，核磁共振)法。采用单相流可视化

研究中的方法，信号的分离困难，适用范围有限，如LDV，热膜，

PIV(ParticleImageVelocity)法，萤光染料法，超声波法等。

流型研究中存在问题：

(1)在判别标准上，存在主观性：不同的研究者、观察者，使用

不同的仪器，结论就会有差别，尤其是流型转变区域。(2)高压时，

由于可视化存在困难，使得流型研究难以进行。(3)一般说来，流型

的横、纵坐标的选取非常重要。它关系到能否整理出易于使用、易于

判别的流型图。(4)目前还缺少公认的通用转变判别标准。(5)热力学

不平衡(加热时)以及水动力学不平衡都未加以考虑。

直接测量方法

目测

目测法是通过透明管段或管段上的透明窗口，直接用眼睛观察管

内的两相流的流动状态。这是一种最简单、最经济的方法。采用这种

方法的条件是在管道上必须装有透明管段或透明窗口，因此，一般只

用于低压流体的测量。如果流体压力较高，则透明窗口可采用蓝宝石

和石英玻璃等特殊材料。对于短期承受高压的透明窗口，可采用硼化

玻璃。另外，由于是用眼睛直接观察，因此目测法一般只适用于流体

流速较低的场合。

高速摄影法

高速摄影法是利用高速照相机或摄影机，通过透明管段或透明窗

口拍摄流体的流动动态。照相机或摄影机的位置可以与管道垂直，也

可以是轴向，拍摄方法可以是直接拍摄，也可以是逆光拍摄（平行光

技术）。

高速摄影法的一个主要缺陷是：由于多相流具有复杂的相界面，

易产生多重的反射或折射而影响成像的清晰度，这一问题在观察管中

心处的流动状态时尤为严重。高速摄影法的另一缺陷是，由于采用高

速摄像，采集的数据信息太多，甚至对结果难易分析或处理，同事在

判断流型时，也具有较大的主观性。

下面介绍在非加热情况下

气—液两相流的水平管;

气—液两相流的垂直管;

气—固两相流的水平管;

气—固两相流的