氣液兩相流體力學

氣液兩相流體力學第1頁，課件共18頁，創作于2023年2月2 氣液兩相流體力學2.混合物的質量流量

流過流體通道的氣相介質的質量流量qmg與液相介質質量流量qml之和。

3.混合物的質量流率

單位通道截面積流過的氣液兩相介質的質量流量為混合物的質量流率。

9.1.2介質含量1.質量含氣率

氣相介質的質量在兩相介質總質量中所占比例，用k表示。其取值在0~1之間，1-k為含液率。

第2頁，課件共18頁，創作于2023年2月32.容積含氣率氣相介質的容積在兩相介質總容積中所占比例，用

表示。

其取值在0~1之間，1-

為容積含液率。可以得到k與

間的關系：

3.截面含氣率氣相介質所占的截面積與整個管道截面積之比為截面含氣率

，又稱為空隙率。

其取值在0~1之間，1-

為截面含液率。

氣液兩相流體力學第3頁，課件共18頁，創作于2023年2月49.1.3

速度1.氣相折算速度、液相折算速度

氣相介質、液相介質各自獨立流過管道的平均速度。顯然混合物速度也為假想速度。2.混合物速度氣液兩相混合物流過通道的平均速度為混合物速度。

折算速度為假想速度。利用該定義可以方便兩相流中的計算，混合物的質量流率為： 氣液兩相流體力學第4頁，課件共18頁，創作于2023年2月5 氣液兩相流體力學3.相速度差和相速度比氣相速度與液相速度之差稱為相速度差。

氣相速度與液相速度之比稱為相速度比。

當兩相速度相等時：

即截面含氣率等于容積含氣率?；颍?/p>

第5頁，課件共18頁，創作于2023年2月6 氣液兩相流體力學4.循環速度單位通道截面積流過的兩相介質質量流量與液相密度之比vc。它與混合物速度之間的關系為：5.漂移速度某相介質的運動速度與混合物速度之差為漂移速度（滑移速度）。氣相滑移速度：液相滑移速度：9.1.4

濃度、密度1.氣相濃度、液相濃度

單位體積混合物所含氣相的質量為氣相濃度。第6頁，課件共18頁，創作于2023年2月7 氣液兩相流體力學單位體積混合物所含液相的質量為液相濃度。2.混合物流動密度流過通道某截面的質量流量和體積流量之比稱為混合物流動密度。其中分別為氣相折算密度、液相折算密度。由比容關系可得：第7頁，課件共18頁，創作于2023年2月8 氣液兩相流體力學3.混合物真實密度在截面積為A長為l的微管段中兩相流的質量與微管段的體積之比。當兩相介質速度相等時，兩相介質的真實密度等于流動密度。9.1.5

壓強、溫度、狀態方程1.壓強

忽略液體表面張力，則有：氣相分壓和液體分壓可近似按容積份額計算：2.溫度

兩相流中氣相和液相溫度存在差異，兩相流溫度可按濃度計算：第8頁，課件共18頁，創作于2023年2月9 氣液兩相流體力學3.狀態方程

氣相為完全氣體時，狀態方程為：即：對于液體，一般可以認為其僅與溫度有關對于熱平衡狀態下的氣液兩相混合物，氣體為完全氣體，液體為不可壓縮，則有：氣體與液體的質量比為：第9頁，課件共18頁，創作于2023年2月10 氣液兩相流體力學將上兩式變形：帶入狀態方程，可以得到用混合物參數表示的狀態方程：9.1.6

比熱、比焓、比熱容、比熵

上述這些物理量都可以認為混合物的物理量為各相質量份額的加權平均，即：內能比焓比熱容比熵第10頁，課件共18頁，創作于2023年2月11 氣液兩相流體力學9.2氣液兩相流在管內的流型流型是兩相流在流動中相分布的特點，它對流動特性和規律有著重要影響。

9.2.1不加熱豎直管道中的流型

對于上升的兩相流，隨著氣體流量的增加，流型形式為：1.泡狀流

氣體以小氣泡形式分散在液相中，管道中部氣泡較多。分散相為氣相，連續相為液相。2.彈狀流（塞狀流）

小氣泡聚集為大氣泡，形狀類似子彈形式分散在液相中，氣泡集中在管道中部。流動是間歇的和不穩定的。

3.塊狀流

子彈形狀的氣泡失穩、破裂，形成形狀大小和形狀不同的塊狀氣泡，形狀和運動軌跡不穩定，氣液間摻混較大。第11頁，課件共18頁，創作于2023年2月12 氣液兩相流體力學4.環狀流（液絲環狀流）

氣相在管道中部形成氣柱，氣柱中含有大量液滴，氣柱與管道之間存在液膜。5.霧狀流

管壁上液膜消失，液相全部以液滴形式分散在氣相中。此時連續相為氣相，分散相為液相。

對于下降流動，還可以出現純環狀流，氣相與液相間分界面清晰且相對穩定。9.2.2不加熱水平管道中的流型

由于重力影響，液相較多地分布在管道下方，可能出現的流型為：1.泡狀流

與豎直管道中類似，但氣泡多趨向集中在管道上部。2.彈狀流

與豎直管道中類似，彈狀氣泡在管道上部。第12頁，課件共18頁，創作于2023年2月13 氣液兩相流體力學3.分層流

氣相在管道上部相連，液相在管道下部流動，它們之間出現分層，界面比較平坦。4.波狀流

氣液分層面由于擾動的增加，開始出現波浪。5.塊狀流

波狀流中的波浪與管道頂端接觸，并將氣相分割為大氣泡。但管道上部壁面不存在連續液膜。6.環狀流

管道中部形成氣相通道，但上部液相環較薄。7.霧狀流

管壁上的液膜被吹散，液滴分散在氣相中。9.2.3加熱管中的流型

與不加熱管中類似，但由于液相的蒸發，上述所述流型連續出現。第13頁，課件共18頁，創作于2023年2月 氣液兩相流體力學9.3氣液兩相流一維定常流動的基本方程流型是兩相流在流動中相分布的特點，它對流動特性和規律有著重要影響。9.3.1均相一維定常流基本方程1.連續方程

對于一維流動，顯然有：或2.動量方程

對于一維流動，其動量方程為：第14頁，課件共18頁，創作于2023年2月 氣液兩相流體力學其中G為兩相流的質量流率，

w為壁面平均切向應力，為平均濕周長度。3.能量方程

對于一維流動，能量方程為：

其中為單位時間單位長度傳入控制體的熱量。9.3.1均相一維定常流基本方程1.氣液分界面耦合條件1）流動速度對于實際流體，分界面上速度相等。2）切向應力

根據牛頓第三定律，作用在氣相和液相上的切應力相等。第15頁，課件共18頁，創作于2023年2月 氣液兩相流體力學

3）質量、能量、熱量交換

對于質量交換，存在下列表達式：

液體蒸發時液相和氣相在法向速度分別為：

根據上面的推導顯然有：

4）分界面兩側壓強

對于氣液分界面為曲面，則壓強差為：第16頁，課件共18頁，創作于2023年2月 氣液兩相流體力學對于