关于气液两相流流型及其判别的若干问题

论文导读：气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。两相流流型是两相流的结构形式，对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。在气液两相流流动过程中，由于气、液两相均可变形，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变，流型极为复杂。流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一。
关键词：气液，两相流，流型，流型图

 

0.引言

气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。 两相流流型是两相流的结构形式，对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。

1.气液两相流流型的分类

目前，研究和应用中涉及的气液两相流大多数是管内流动，因此下面的讨论主要针对气液两相管流进行。在气液两相流流动过程中，由于气、液两相均可变形，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变，流型极为复杂。同时，流型还与管道尺寸、管截面形状、管道角度、管道加热状态、所处的重力场、介质的表面张力、壁面及相界面间的剪切应力等因素有密切关系。不同的研究者，从不同角度对流型进行研究时，会给出流型的不同定义和划分。

从实际应用的简明性考虑，目前常采用的流型划分，如表1所示。

表1几种常见管道条件下的流型划分

由于流动条件变化的多样性以及研究角度的多样性，基于流动结构形态学上的流型划分方法有几个问题：

1.1流型定义的模糊性

目前对于各种流型的定义只是建立于主观观察的结果上的，这样不可避免引入观察者主观因素的干扰。免费论文。

1.2流型定义的多样性

对于各种流型，目前还未建立起一套统一的且被公认的定义。

1.3流型定义的定性特性

对于流型的判别只能定性判断，公认的定量判断方法还没有。

从多相流中的流动介质的连续性出发进行流型的划分，即将介质的形态分别分为连续的(continuous)、间断的(intermittent)和弥散的(dispersed)。例如，对于水平蒸发管中的流型，见图1。

图1水平蒸发管气液两相流流型按介质的连续性进行划分

由于这种流型划分方法一方面考虑介质的连续性，便于将两相流问题与比较成熟的单相流流体力学相联系，另一方面又能将各种不同的流型归结为较少的几种模式，相互之间有比较明确的区别特征，从而便于气液两相流的研究与应用。

2.流型及其转换的理论判断

2.1流型图

流型图是用于流型识别及流型转换判断的重要工具之一。一般用气相表观速度和液相表观速度(或以这两个参数为基础得到的其他折算参数)构成流型图的坐标系，如图2所示。

2.2流型转换准则

2.2.1水平流动

各流型间转换的机理：(l)层状流到间断流：当气相通过波形交界面的波峰受到加速，产生局部压力降，使峰部同时受到抽吸作用。当抽吸力的作用大于峰部的重力作用时，波峰就会扩大。波峰到达管道顶部并与管道接触，构成弹状流。免费论文。免费论文。(2)波状流到环状流：当气相速度比液相速度高得多时，就产生这种过渡。(3)间断流到泡状流：在弥散泡状流下，气泡分散在连续的液相中。当液相的湍流脉动效应大于气泡的浮力时，阻止了气泡聚合到管道的顶部。(4)层状流到波状流：主要与液体表面张力及气液两相间的滑移速度有关。(5)间断流到环状流：当液面的平均高度超过管道高度的一半以上就发生这种过渡。

2.2.2 垂直上升流动

Taitel等认为：气泡流转换到弹状流是由于气相速度的增加，达到一定程度后，小气泡聚生成接近管径的大气泡，从而导致弹状流的形成。而搅拌流产生的主要原因是，在两个弹状气泡之间的液弹因太短而不能形成稳定的液相段。从弹状流向搅拌流过渡决定于产生搅拌流所需的入口管道长度Le，可用下式表示

对于弹状流向环状流的过渡，一般都是根据经验公式进行判断。

3.结语

总体而言，尽管目前对于气液两相流流型判断的理论方法进行了较多的研究，但是由于对流动机理缺乏深入了解，所建立的理论模型存在较大的误差，不同的研究者所得到的流型图或流型转换准则也不完全一致。在此呼吁，期望越来越多的学者投入到两相流或多相流的流动机理研究中，最终得到能用于实践的统一的理论模型和流型转换准则，为管道系统合理设计、安全运行提供理论支撑。

参考文献
[1]国外油气混输技术调研.石油大学(华东)油气集输研究室,1994，21-25.
[2]冯叔初等.油气集输.石油大学出版社,1988，45－60.
[3]蒋洪，刘武.原油集输工程.石油工业出版社,2006，48-62.
[4]张佑杰等.用局部体积含气率概率密度分布识别流型.第三届全国多相流检测技术学术讨论会论文集,1990，76－190.