第四章(第二次課)-兩相流動(dòng)局部壓降課件

第二課兩相流動(dòng)壓降計(jì)算實(shí)用公式及局部壓降計(jì)算

上海交通大學(xué)核工系第二課兩相流動(dòng)壓降計(jì)算實(shí)用公式及局部壓降計(jì)算1一、實(shí)用推薦計(jì)算式

長期以來，Lockhart-Martinelli-Nelson模型方法被廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算，用于擬合單組分或雙組分氣液兩相流動(dòng)壓降與空泡份額數(shù)據(jù)。隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷積累，已日益顯示出該模型并不能概括大量壓降數(shù)據(jù)，存在的偏差較大，某些數(shù)據(jù)偏差甚至達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。一、實(shí)用推薦計(jì)算式長期以來，Lockhart-Martin2由前面的關(guān)系式可以看到，通常的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多采用相同的標(biāo)準(zhǔn)條件整理得到，一般僅考慮流道形狀、質(zhì)量流速以及流體物性等條件。而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自不同的入口條件與流道長度，這類因素影響著流型的展開過程；進(jìn)一步地，對(duì)相變工況，流型又常常是不充展的。因此，學(xué)者們致力于尋求更合理的模型方法來概括更多的因素，得到更為合理的經(jīng)驗(yàn)式。這里我們簡要介紹幾種其它的壓降計(jì)算方法。由前面的關(guān)系式可以看到，通常的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多采用相同的標(biāo)準(zhǔn)條件整3(1)Baroczy方法Baroczy方法則考慮了壓力、質(zhì)量流速變化，使用加熱工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且適用于多種流體。(1)Baroczy方法4Baroczy方法由兩組曲線組成：一組曲線以及為坐標(biāo)，以含氣率x為參量，適用于質(zhì)量流速G=1356kg/(m2s)工況，如圖所示；Baroczy方法由兩組曲線組成：一組曲線以及5另一組曲線示于圖4-6，用于修正其它質(zhì)量流速下的值，的插值公式與壓降梯度計(jì)算式分別為Baroczy方法適用于液態(tài)金屬、制冷介質(zhì)等流體。是獲得廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)式之一。其缺點(diǎn)是圖線過于復(fù)雜。另一組曲線示于圖4-6，用于修正其它質(zhì)量流速下的值，的插值6(2)Chisholm方法Baroczy的質(zhì)量流速修正因子計(jì)算繁瑣，而Chisholm則運(yùn)用較簡單的方法考慮質(zhì)量流速效應(yīng)。他認(rèn)為，摩擦壓降梯度與兩相動(dòng)量效應(yīng)有關(guān)，均相模型定義的密度不能反映質(zhì)量流速的影響，因此他用分相模型的動(dòng)量比容來代替，經(jīng)過一系列推導(dǎo)，得到(2)Chisholm方法7C是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的擬合系數(shù)。1973年，Chisholm擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍，提出下面的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：這樣就為以后的計(jì)算機(jī)程序化提供了方便第四章(第二次課)--兩相流動(dòng)局部壓降ppt課件8其中，n為摩擦系數(shù)式中的Reynolds數(shù)的指數(shù)冪值，與B分別為其中，n為摩擦系數(shù)式中的Reynolds數(shù)的指數(shù)冪值，與B9(3)Friedel經(jīng)驗(yàn)式Friedel在約25000個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，比較現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)式后，提出了下述關(guān)系式：對(duì)于垂直向上與水平流動(dòng)(3)Friedel經(jīng)驗(yàn)式10式中式中11實(shí)用推薦計(jì)算式的使用

隨著兩相流動(dòng)壓降計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，數(shù)據(jù)不斷積累，人們不斷比較已發(fā)表的各種關(guān)系式，在不同范圍內(nèi)，推薦較為適用的計(jì)算式。這里給出供比較選擇用的計(jì)算式推薦表（表4-3）實(shí)用推薦計(jì)算式的使用隨著兩相流動(dòng)壓降計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究的不斷深12二、兩相局部壓降計(jì)算

在兩相流動(dòng)的管道系統(tǒng)中常常裝有各種異型連接管件，如漸變接頭、突擴(kuò)與突縮接頭、彎頭、閥門、孔板等，而且這類管件在鍋爐、蒸汽發(fā)生器、化學(xué)反應(yīng)器等設(shè)備中廣泛應(yīng)用。氣液混合物流經(jīng)這些管件時(shí)與單相流一樣會(huì)產(chǎn)生局部損失，對(duì)系統(tǒng)流動(dòng)特性產(chǎn)生很大影響。兩相流流經(jīng)這些管件時(shí)的流動(dòng)工況比流經(jīng)直管時(shí)要復(fù)雜得多。因此，要通過理論模型來計(jì)算兩相局部阻力是非常困難的，目前主要依靠實(shí)驗(yàn)的方法。二、兩相局部壓降計(jì)算在兩相流動(dòng)的管道系統(tǒng)中常常裝有各種異型13漸變接頭

若流道截面逐漸變化（例如：漸縮管嘴或角度小于7的漸擴(kuò)管嘴），流道壁面處不出現(xiàn)流動(dòng)分離現(xiàn)象，則截面變化伴隨著動(dòng)能的增加或減少，從而導(dǎo)致壓力降低或增大，在忽略壁面摩擦損失的情況下，這是一種可以恢復(fù)的可逆過程，可以運(yùn)用考慮截面變化的分相模型或均相模型進(jìn)行計(jì)算。漸變接頭若流道截面逐漸變化（例如：漸縮管嘴或角度小于7的14對(duì)于均相模型對(duì)于均相模型15對(duì)于分相模型對(duì)于分相模型16突變接頭

管道流動(dòng)截面發(fā)生突然擴(kuò)大或縮小時(shí)，流體與管壁發(fā)生脫離，產(chǎn)生渦團(tuán)運(yùn)動(dòng)，無法使用漸變接頭方法計(jì)算?？梢越Y(jié)合單相流體通過突變接頭的分析模型的假定，用分相模型或均相進(jìn)行討論。突變接頭管道流動(dòng)截面發(fā)生突然擴(kuò)大或縮小時(shí)，流體與管壁發(fā)生脫17（1）突擴(kuò)接頭

所采用的基本假設(shè)為：①忽略流道壁面的摩擦效應(yīng)；②流道壁0-0上的壓力；③各相速度均勻分布，截面1-1處的壓力分布不受下游截面變化影響。（1）突擴(kuò)接頭所采用的基本假設(shè)為：①忽略流道壁面的摩擦效18參看教材的推導(dǎo)，可以得到參看教材的推導(dǎo)，可以得到19假定兩相流通過突擴(kuò)接頭時(shí)空泡份額保持不變，即，我們就得到Romie公式，假定兩相流通過突擴(kuò)接頭時(shí)空泡份額保持不變，即，我們就得到Ro20另外從能量轉(zhuǎn)化角度也可以推導(dǎo)出壓降計(jì)算公式。至于這些公式如何選取，一是根據(jù)實(shí)際情況決定；二是由使用者自行決定。另外從能量轉(zhuǎn)化角度也可以推導(dǎo)出壓降計(jì)算公式。21（2）突縮接頭

許多實(shí)驗(yàn)研究表明：汽水混合物通過突縮接頭的阻力損失可按均相流模型來計(jì)算。（2）突縮接頭許多實(shí)驗(yàn)研究表明：汽水混合物通過突縮接頭的阻22彎頭

1967年，Chisholm用下面的式子計(jì)算彎頭的局部阻力損失，即，彎頭1967年，Chisholm用下面的式子計(jì)算彎頭的局部23其中，C是氣相與液相密度比的函數(shù)，它可由下式確定其中，C是氣相與液相密度比的函數(shù)，它可由下式確定24孔板

氣液兩相混合物經(jīng)過具有尖棱的孔板所引起的壓降，在流量測(cè)量方面具有重要意義；在蒸汽發(fā)生器等的設(shè)計(jì)以及在評(píng)定高壓回路故障的后果時(shí)，對(duì)流經(jīng)孔板的壓降的了解也是很重要的。孔板氣液兩相混合物經(jīng)過具有尖棱的孔板所引起的壓降，在流量測(cè)25假定通過孔板的空泡份額不變，Chisholm從考察孔板的流動(dòng)過程出發(fā)，在作了相應(yīng)的假設(shè)之后，Chisholm推薦了如下經(jīng)驗(yàn)公式假定通過孔板的空泡份額不變，Chi