第三章(第二次課)-兩相流動模型(均、分)課件

第二課兩相流常用模型

上海交通大學(xué)核工系第二課兩相流常用模型1一、概述兩相流動建模的思想是：把兩相流動按前述的各種基本流型區(qū)分開來，再根據(jù)流型特征分析其流動特性，并將基本方程組應(yīng)用于這種經(jīng)理想化的有代表性的流型，從而求得方程組的解。一、概述兩相流動建模的思想是：把兩相流動按前述的各種基本流型2三維簡化為一維的基本假設(shè)在氣液兩相流動研究中最普遍采用的簡化假設(shè)是將三維流動簡化為一維流動。一維流動假設(shè)的基本內(nèi)容包括：①穩(wěn)定流動；②在垂直于流動方向的平面上，各相分別具有一個平均速度與平均密度；③垂直于流道軸線的任一平面上壓力均勻；④氣相與液相所占有的面積之和等于流道截面積。三維簡化為一維的基本假設(shè)在氣液兩相流動研究中最普遍采用的簡化3二、均相流模型

均相流的概念最初是由前蘇聯(lián)人提出的，主要是因為前蘇聯(lián)人研究兩相流是用實驗手段和實際應(yīng)用的角度出發(fā)，因此，理論上越簡單越好。均相流（HomogeneousFlow）模型實質(zhì)上是對兩相流動理解與建模的的一種特定的等效圖象，是一種最為簡單的分析模型方法。二、均相流模型均相流的概念最初是由前蘇聯(lián)人提出的，主要是因4均相流模型中采用的基本假設(shè)

均相流模型中采用的基本假設(shè)為：①認(rèn)為兩相混合得很好，氣液兩相具有相同的流動線速度（ul=uv）；②兩相間處于熱力平衡，對于汽液兩相流動，兩相間熱力平衡即蒸汽與液體具有相同的溫度且均處于飽和狀態(tài)；③使用合理確定的單相摩擦系數(shù)。均相流模型中采用的基本假設(shè)均相流模型中采用的基本假設(shè)為：5均相流模型適用的流型在前面關(guān)于流型的敘述中我們知道，氣液兩相的流速其實并不相等，只有在高含氣率（大量氣體中含有少數(shù)液滴）或者很小含氣率（大量液體中僅含有少量氣泡）時兩相流速才近似相等。因此，這一模型實際上只適用于泡狀流與霧狀流。均相流模型適用的流型在前面關(guān)于流型的敘述中我們知道，氣液兩相6總地來說，均相流模型的基本思想是用一等效的可壓縮流體代替兩相流體。若一相均勻地彌散于另一相中，兩相間動量傳遞和能量傳遞足夠快，兩相的當(dāng)場平均速度和溫度便基本相等。這時，若各參數(shù)沿流道變化率不大，熱力不平衡影響便可一忽略，這樣均相流模型就比較適用。比如，對于泡狀流型，均相模型比較適用；而對于分層流型，特別是兩相相向流動，均相流模型就不再適用了。總地來說，均相流模型的基本思想是用一等效的可壓縮流體代替兩相7實際工程中均相流模型的參數(shù)范圍一般而言，系統(tǒng)壓力越高，流體流速越快，均相流模型就越適用。因此，有研究者提出均相流模型的適用范圍是：，，。此外，有的學(xué)者還提出當(dāng)液相粘度時建議不采用均相流模型。實際工程中均相流模型的參數(shù)范圍一般而言，系統(tǒng)壓力越高，流體流8均相流模型的控制方程采用均相流模型時，由于氣相與液相的流速相等，即ul=uv或滑速比S=1，亦即兩相之間沒有滑動，因而可以將上述的基本方程加以簡化；其次，將均相流模型的基本方程與單相流體守恒方程類比，便可定義所需的兩相混合物的“物性”與摩擦系數(shù)計算式。均相流模型的控制方程采用均相流模型時，由于氣相與液相的流速相9質(zhì)量守恒方程：質(zhì)量守恒方程：10均相流情況下，關(guān)于兩相混合物密度ρH的定義有兩種形式：1.考慮到ul=uv，利用算術(shù)平均方法可以得到均相流模型下的流動密度為均相流情況下，關(guān)于兩相混合物密度ρH的定義有兩種形式：112.考慮到ul=uv，利用調(diào)和平均方法可以得到均相流模型下的流動密度為2.考慮到ul=uv，利用調(diào)和平均方法可以得到均相流模型下12動量守恒方程：動量守恒方程：13均相流模型使用時的注意事項對均相流模型基本守恒方程組的討論表明，求解均相流模型的關(guān)鍵在于如何確定合適的混合物平均特性，或稱折合參數(shù)。另外，正如前面曾指出，根據(jù)均相流假定，該模型適用于兩相速度幾乎相等的流型（如泡狀流或霧狀流型等）。對于一些與均相流假設(shè)相差較遠(yuǎn)的兩相流型，有時為簡化期間，也采用均相模型，此時必須注意經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選擇。均相流模型使用時的注意事項對均相流模型基本守恒方程組的討論表14三、分相流模型分相流模型是歐美國家的科學(xué)提出推崇的研究兩相流動的方法，它更接近于兩相流動的真實情況，一般適用范圍比均相流模型大。自1944年Martinelli與Lockhart發(fā)表氣液兩相流動推導(dǎo)結(jié)果以來，分相流模型不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同的表達(dá)形式。常用的一些分相流模型彼此差異很大，復(fù)雜程度也不相同。三、分相流模型分相流模型是歐美國家的科學(xué)提出推崇的研究兩相流15分相流模型的示意圖分相流模型的示意圖16連續(xù)方程（質(zhì)量守恒方程）氣相：液相：連續(xù)方程（質(zhì)量守恒