两相流基础

两相流基础——基本概念邓道明中国石油大学（北京）油气储运工程系Tel：89733764基本内容z流量z流速z气液相对流速参数z含气率和含液率z混合物密度z流型流量z质量流量（W）{单位时间内流过管路横截面的流体质量。{{WL——液相质量流量；{WG——气相质量流量；{W——总质量流量，kg/s。LG=+流量z体积流量（Q）{单位时间内流过管路横截面的流体体积。{{QL——液相体积流量；{QG——气相体积流量；{Q——总体积流量，m3/s。LGQQQ=+流速（u）z折算（S）速度（m/s）{气相折算速度{液相折算速度GSGQuA=LSLQuA=A——管道过流截面积，m2.流速（u）z折算（S）速度（m/s）{气相折算速度{液相折算速度GSGQuA=LSLQuA=A——管道过流截面积，m2.流速（u）z混合物（M）速度（m/s）GLMQQuA+=MSGSLuuu=+两相混合物总体积流量与流通面积之比流速（u）z实际速度（m/s）{气相速度{液相速度GGGQuA=LLLQuA=气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度滑动比、滑移速度、漂移速度GLusu=滑移速度（slipvelocity）或滑差slipGLuuu=−滑动比（s）滑动比、滑移速度、漂移速度漂移速度（driftvelocity）DLLMuuu=−DGGMuuu=−含气率和含液率质量含气率(干度)与质量含液率（湿度）质量含气率x——流过管路流通截面上的气相质量流量与气液混合物总质量流量之比GWxW=质量含液率（1-x）含气率和含液率体积含气率和体积含液率体积含气率（β）表示流过管路流通截面上的气相体积流量与气液混合物总体积流量之比，即：β＝QG/Q=QG/(QL+QG)体积含液率（λL），无滑脱持液率λL=1－β=QL/(QL+QG)含气率和含液率截面含气率和截面含液率截面含液率(当地体积含液率)HL管路流通截面上，液相流通面积与管路总面积之比HL=AL/A截面含气率（φ）φ＝AG/A=AG/(AL+AG)含气率和含液率三种含气率之间的关系体积含气率(β)与质量含气率(x)β=QG/Q=QG/(QL+QG)＝uSG/(uSG+uSL)GSGGSGLGLSGGSLLSGSLGWuuxWWuuuuρρρρρ===+++LGρρβ∴∵x含气率和含液率体积含气率(β)与质量含气率(x)之间的关系()11GLGLxρρρβρ=+−已知气液相的密度以及体积含气率就可以求得质量含气率，反之亦然。含气率和含液率QAQAQ11βQQ11LLLGGGGuGLu===+++111111sβGLGLGAAAAAϕ===+⎛⎞++−⎜⎟⎝⎠体积含气率(β)与截面含气率(φ)之间的关系从β和φ的定义式中可以得到：当uL＝uG时,β＝φ；当uLuG时，βφ；当uLuG时，βφ。体积含气率(β)与截面含气率(φ)之间的关系含气率和含液率体积含气率(β)与截面含气率(φ)之间的关系含气率和含液率图4-12输量33.9kg/s时，φ559×14.3英买7混输管道持液率分布图4-13输量33.9kg/s时，φ559×14.3英买7混输管道气相和液相速度分布计算结果示例图4-16输量24.26kg/s时，φ610×17.5迪那混输管道持液率分布图4-17输量24.26kg/s时，φ610×17.5迪那混输管道气相和液相速度分布计算结果示例含气率和含液率()1GGLxvxvxsvϕ=+−作业：质量含气率(x)与截面含气率(φ)之间的关系11,GLGLvvρρ==作业z（1）质量含气率与截面含气率之间的关系。z（2）气相真实速度和气相折算速度之间的关系。z（3）液相真实速度和液相折算速度之间的关系。z（4）用质量含气率（干度）表示气、液相速度，气、液相折算速度。z（5）定义气、液相漂移通量（driftflux）为：zJL=HLuDL，JG=（1-HL）uDGz证明：JL+JG=0。混合物密度1.流动密度单位时间内流过截面的两相混合物质量与体积之比，即：()fQρQρρβρ1βρQQLLGGGLW+===+−2.真实密度一微段长度管段内气液混合物质量与其体积之比，即：()()11GLMGLALALALϕρϕρρϕρϕρΔ+−Δ==+−Δ流型z气液两相流流型（流动结构）{气液两相在管道中的几何分布。z流型的影响因素{操作参数（气液相流量，压力）{几何变量（管径、倾角）{气液物理性质（如密度、粘度、表面张力）水平、接近水平管道气液两相流流型{分离流：光滑分层流、波浪分层流、环状流{间歇流：气团流、段塞流{分散流：气泡流、弥散气泡流、弥散雾状流§4-2混输管路的特点和处理方法垂直、接近垂直管道气液两相流流型z泡状流、弥散泡状流z段塞流z搅拌流z环状流思考题（流型）z流型和管道倾角的关系。z气液相流量和流型关系。z各流型的压降特性。§4-1混输管道的流动参数和技术术语当气液相间无相对运动即气液流速相等，此时Wl＝Wg，，＝，流动密度和真实密度相等，即：。流动密度和真实密度定义不同，二者的应用场合亦不同。流动密度常用来计算气液混合物沿管路流动时的摩阻损失；真实密度常用于计算气液混合物沿起伏管路运动时的静压损失，即计算由于管路高程变化引起的附加压力损失。1s=βϕρρ=f§4-1混输管道的流动参数和技术术语六、摩擦压降的折算系数六、摩擦压降的折算系数在气液两相混输管路摩擦压降的计算中，常使用折算系数把两相流动的摩擦压降计算与单相流动的摩擦压降计算相关联。1.全液相折算系数设：水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为，在管长段内的压降为，压降梯度为。Gdldpdldp§4-1混输管道的流动参数和技术术语另设：在相同的管路内，只有液相流动，其质量流量也是，压降梯度为。定义这两种情况下压降梯度的比值为全液相折算系数，以表示，即：Glodldp⎟⎠⎞⎜⎝⎛2loφ()()φ=l0l0dpdl2dpdl2.分液相折算系数设：水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为，在管长段内的压降为，压降梯度为。dldp()dpdlG§4-1混输管道的流动参数和技术术语在相同的管路内，只有液相流动，其质量流量为，压降梯度为，则把混输管路压降梯度与之比定义为分液相折算系数，以表示，即：()x1GGl−=ldldp⎟⎠⎞⎜⎝⎛dldpldldp⎟⎠⎞⎜⎝⎛2lφ()dp2dlldpdllφ=§4-1混输管道的流动参数和技术术语3.分气相折算系数设：水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为，在管长段内的压降为，压降梯度为。在相同的管路内，只有气相流动，其质量流量为，压降梯度为，则把混输管路压降梯度与之比定义为分气相折算系数，以表示，即：GdldpdldpGxGg=()gdpdldldpgdldp⎟⎠⎞⎜⎝⎛2gφ§4-1混输管道的流动参数和技术术语()dp2dlgdpdlgφ=在两相混输管路计算中引入折算系数的目的是把求两相管路摩擦压降梯度的问题转化为求折算系数的问题。若能用实验方法求得上述任一种折算系数，则两相管路的压降梯度可由该折算系数与单相管路压降梯度之乘积求得。