截面含氣率的計算

截面含氣率的計算第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述一.研究截面含氣率的重要性又稱為空泡份額，是氣液兩相流動的基本參數之一，在兩相流研究中處于重要的地位。

1.真實流動參數；

2.計算兩相流壓降，比如采用分相流模型；

3.截面含氣率對沸騰傳熱有重要影響。第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二.截面含氣率的計算方法

1.根據截面含氣率定義式，建立計算滑速比S的經驗關系式。

2.建立或經驗關系式，或經驗曲線。

3.對兩相流動作若干簡化假設，進而建立計算的流動模型。第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月阿曼德公式：五十年代（1955）范格拉里關系式

胡馬克關系式（Hughwork）：經驗公式計算法第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2滑速比模型計算法一.奧斯馬奇金公式式中:全液相弗勞德數;

Pcr-臨界壓力，對于水

Pcr=22.12MPa.上式，當時，與試驗值的誤差適用于：豎直管，當用于水平管時，要求G>1500kg/m2.s第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二.米洛波爾斯基公式

1.對于絕熱流動的上升管

上式適用于垂直上升管，介質是氣-水混合物。第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.對于水平傾角為θ的傾斜管適用管徑范圍：第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3混合相-單相并流模型一.混合相-單相并流模型的基本思想和基本假設

基本思想：把兩相流動看成在管壁上流動著的是單相液體，管道中間流動著的是均勻的氣液混合物。

基本假設:1.混合相內氣液兩相之間沒有滑動,s=1；

2.兩相之間處于熱力學平衡態(tài)，可由能量平衡條件確定質量含汽率；

3.液相的動壓和混合相的動壓相等，即兩相速度頭相等。適用于：具有中心夾帶液滴的環(huán)狀流動。第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4.1混合相－單相并流模型二.模型推導過程

1.根據連續(xù)性方程，得出汽相含氣率

表達式；

2.引入系數E()導出液膜中含液率；

3.根據假設(3)，推導出混合相中含液率；

4.；

5.根據假設(3)，引入混合相中兩相平均密度；

6.推導簡化，得出表達式。第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三.討論若E=1,全部攜帶，

E=0,兩相完全分開，

即。四.適用條件當E=0.4時，模型計算值與實驗結果吻合較好，在P=0.1-14.8MPa,G=650-2500kg/m2.s，D=6-38mm時,計算誤差為±10%。當x<0.01時，不適用。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月上節(jié)內容回顧：截面含汽率的三類計算方法根據截面含氣率定義式根據經驗關系式和根據流型特征建立簡化模型混合相-單相并流模型第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4變密度模型1.基本思想認為兩相流既不是完全均勻混合的均勻流體，也不是完全分離的環(huán)狀流動，而是液體中存在懸浮氣泡的流動。2.基本假設

(1).截面含氣率和速度徑向分布不均勻；

(2).在徑向任一位置上，氣相和液相間沒有相對滑移；

(3).兩相流體是一種密度是徑向位置的函數，即把兩相流當作非均質的單相流來處理。一.變密度模型的基本思想和基本假設第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二.推導過程1.假設圓管內兩相流的速度和截面含氣率的分布規(guī)律可用指數函數表示；2.給出液體和氣體的質量流量表達式；3.給出通道截面平均含氣率表達式；4.引入班可夫流動參數K

，推導出平均截面含氣率表達式。圖4-2變密度模型第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.系數K的確定對于各種流速和截面含氣率的分布情況，當m=2-7,n=0.1-5時，K=0.5-1.0。(1).雙組分兩相流

Bankoff將他的計算結果與m-n的法相比較，得到

K=0.89,(2).汽-水混合物

K=0.71+0.0145P(P-MPa)6.適用條件適用于高壓低質量含氣率的情況，如泡狀流。第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1.基本思想認為必須同時考慮氣液兩相之間的滑移以及流速和空泡份額在流通截面上的不均勻分布。

2.基本假設

(1).氣液兩相之間存在相對運動;

(2).空泡份額和兩相流速在流道截面上分布不均勻，引入分布參數Co.4.3漂移流模型第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月漂移速度和漂移通量

漂移速度：各相真實速度與兩相混合平均速度J的差值。

氣相漂移速度：液相漂移速度：漂移通量：各相相對于兩相混合平均速度J運動的截面所流過的體積通量。

氣相漂移通量：液相漂移通量：

第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3.兩個平均值的概念對于某個量F(1).按截面平均

(2).按空泡份額加權平均4.推導過程

(1).按截面平均定義，給出氣相速度和氣相漂移速度關系式；

(2).按加權平均定義，給出氣相權重平均速度和氣相加權平均漂移通量關系式；

(3).引入分布參數Co，導出沿通道截面的平均截面含氣率以及兩相滑速比的表達式。第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.討論

1.兩相間沒有相對運動，則

2.和分布均勻，則Co=1Bankoff變密度模型Wallis滑動模型Bankoff變密度模型和Wallis滑動模型都是漂移流模型的特殊情況。第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6.Co

和的確定

(1)圖解法斜率：截距：

第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(2).軸對稱圓管內分布參數Co的確定

1).假定和的分布

2).推導得出分布參數Co表達式用表示用表示第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3).討論若沿截面分布均勻，如霧狀流，則若，如穩(wěn)定的泡狀流、彈狀流，則若，如過冷沸騰第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月7.Co和的通用試驗結果

(1)Zuber關系式適用條件：，泡狀流或彈狀流

(2)垂直上升管中泡狀流

Wallis認為氣泡聚合能力較小，單個氣泡直徑D=1-20mm，他建議第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(3).垂直上升管中攪拌流

Zuber-Staub建議對于圓管：對于矩形管：第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)環(huán)狀流

Ishill提出第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月例題

試根據漂移流模型推導出S與之間的關系第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.7欠熱沸騰區(qū)截面含汽率的計算一.概述

1.在加熱通道內，處理兩相流壓降和傳熱問題時，通常都是按熱平衡原理計算含汽量x。

2.熱力學平衡：工質在通道內的同一截面上不存在壓力差和溫度差。

3.在任何加熱沸騰通道中，盡管液體的平均溫度還沒有達到飽和溫度，但當加熱表面上的溫度達到一定數值時，就可以發(fā)生汽化，這種觀象稱為欠熱沸騰(也稱過冷沸騰)。它是由于流體中的熱力學不平衡而引起的。

第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二.加熱通道內流動區(qū)域的劃分圖4-4流動欠熱沸騰分區(qū)圖1、單相流區(qū)Ⅰ2、深度欠熱區(qū)Ⅱ

（A點到B點）A:過冷沸騰起始點(ONB)3、輕度欠熱區(qū)Ⅲ

（B點到D點）B:氣泡脫離壁面起始點，又稱凈蒸汽產生點(FDB)4、飽和沸騰區(qū)Ⅳ壁面輸入熱量，加熱欠熱流體：ABCD第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

三.影響欠熱沸騰的因素1.熱流密度升高，流道徑向溫度梯度增大，欠熱沸騰影響增大；

2.質量流速和壓力升高，欠熱沸騰影響減小。壓力升高，汽化潛熱降低；當p=pcr時，汽化潛熱為零；流速增高，加熱流道內的溫度梯度減小。第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四.欠熱沸騰起始點（A點\ONB點）的確定當從壁面輸入熱量時，大致有三種論點：

1.第一個氣泡產生點；2.壁溫等于飽和溫度(TW=TS)的點；3.壁溫大于飽和溫度，且壁溫變平；或用局部欠熱度來判定。第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月詹斯—洛特斯經驗式：

hf—

單相強迫對流換熱系數。欠熱沸騰起始點A第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月五.深度欠熱區(qū)截面含汽率的確定1.深度欠熱區(qū)的特點：(1).氣泡附在壁面上，值很??；(2).沿加熱通道長度呈線性分布；(3).在欠熱沸騰起始點（A點）以前，為零。2.凈蒸汽產生點（B點或FDB點）：氣泡充滿整個加熱壁面，并從這點開始脫離壁面.第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月B點處的截面含汽率由于A點到B點的截面含汽率是線形變化氣泡膜的平均厚度：3.深度欠熱區(qū)任一點處的截面含汽率氣泡的平均半徑：第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-4流動欠熱沸騰分區(qū)圖1、單相流區(qū)Ⅰ2、深度欠熱區(qū)Ⅱ

（A點到B點）A:過冷沸騰起始點(ONB)3、輕度欠熱區(qū)Ⅲ

（B點到D點）B:氣泡脫離壁面起始點，又稱凈蒸汽產生點(FDB)4、飽和沸騰區(qū)ⅣABCD第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月六.氣泡脫離壁面起始點（B點/FDB點）的確定

根據熱平衡方程：式中：—B點到入口處的距離,m;

—熱流密度，W/m2;

—

循環(huán)速度，m/s;—入口溫度，oC;—飽和溫度，

oC;

—B點溫度，oC;

—定壓比熱，W/kg.oC.

第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1.布朗經驗公式式中：—實驗常數

—系統壓力，MPa;

第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.薩哈-朱伯關系式

薩哈和朱伯等人認為，凈蒸汽產生點必須滿足熱力和流體動力兩方面的限制，在低質量流量時，氣泡的冷凝取決于熱擴散過程。局部努塞爾數反映了對流傳熱與導熱分子擴散的比較第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

在高質量流量時，即在流體動力支配區(qū)，如果認為附在壁面上的氣泡象表面粗糙度那樣影響流動，那么，脫離的氣泡應當相應于某個特定的粗糙度。

局部斯坦東數

St：一種修正的Nu數，可以視為流體實際的換熱熱流密度與流體可傳遞最大熱流密度之比。第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月熱擴散率:第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-5氣泡脫離壁面條件第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月七.輕度欠熱區(qū)截面含汽率的計算

1.B點的熱平衡含汽率由熱平衡方程第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.輕度欠熱區(qū)任一點的熱平衡含汽率式中，io為該點處單位質量流體的總焓值。第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3.和確定后，薩哈-朱伯建議用以下公式計算的Zo點真實質量含汽率XT

上式也可以用于飽和沸騰區(qū)含汽率的計算。因為在飽和沸騰區(qū)xo'較大，可得

第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4.輕度