蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 第一章第一章第一章第一章 管内两相流的管内两相流的管内两相流的管内两相流的基本概念基本概念基本概念基本概念 1. 流型 影响两相流压力损失和传热特性。 主要流型有： A. 气液两相流（水平管内） 气泡流 塞状流 分层流 波状流 弹状流 环状流 B. 气液两相流（垂直上升平管内） 气泡流 塞状流（弹状流） 乳沫状流（混状流） 环状流 液丝环状流 2. 分相含率 它是两相流中分相浓度的表示方法。 描述分相流体占整个两相流蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 体的含量， 反映了两相流动过程中两种分相流体在流动管道内的比例关系。一般有三种表示形式： A质量流量含率X 分相质量流量与两相混合物总质量流量之比。 气-液两相流：质量流量含气率 mgmgmmgmlqqXqqq=+ 气-固两相流：质量流量含固率 msmsmmsmgqqXqqq=+ 液-固两相流：质量流量含固率 msmsmmsmlqqXqqq=+ B. 容积流量含率 分相容积流量与两相混合物总容积流量之比。 气-液两相流：容积流量含气率 VgVgVVgVlqqqqq=+ 气-固两相流：容积流量含固率 VsVsVVsVgqqqqq=+ 液-固两相流：容积流量含固率 VsVsVVsVlqqqqq=+ C. 截面含率或容积含率 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 截面含率： 分相流体在管道某一截面上所占面积与两相混合物所占总截面积之比。 气-液两相流：截面含气率 ggCglAAAAA=+ 气-固两相流：截面含固率 ssCsgAAAAA=+ 液-固两相流：截面含固率 ssCslAAAAA=+ 容积含率： 分相流体在某一长度的管段中所占容积与两相混合物总容积之比。 气-液两相流：容积含气率 ggglVVVVV=+（空隙率） 气-固两相流：容积含固率 sssgVVVVV=+ 液-固两相流：容积含固率 ssslVVVVV=+ D. 局部含率 如果把两相流体所占总体积 V 取得足够小，则在该微小体积上的空隙率称局部空隙率。这是空隙率一般是 1 或 0。空隙率是时间的蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 函数，实际上，空隙率一般指统计的局部空隙率，即对局部空隙率进行时间平均。 01( )Tt dtT= T 为时间周期 3两相混合流的密度 两相流中两相介质的平均密度有流动密度和真实密度 A流动密度0 表示单位时间内流过截面的两相混合物的总质量与总体积之比。 0mvqq= 如果气相密度为g，固相密度为s，液相密度为l，则几种两相流动密度为： 气-液两相流流动密度 0(1)gl =+ 气-固两相流流动密度 0(1)sg =+ 液-固两相流流动密度 0(1)sl =+ B真实密度m 表示在某一时刻管段某处所取的某一微元体V内的两相介质的总质量m与微元体体积V之比。 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn mmV= 气-液两相流真实密度 (1)mgl =+ 气-固两相流真实密度 (1)msg =+ 液-固两相流真实密度 (1)msl =+ 流动密度和真实密度的对比： 两种密度是不同的，当两相间无相对速度或相对速度可以忽略时，即滑移比1S =，则=，流动密度等于真实密度0m=。 4速度 由于两相流中相间存在相对速度， 除了描述混合流体的平均速度mv外，还必须采用分相流速来表示。 气相分相速度gv 固相分相速度sv 液相分相速度lv 气-液两相流 mgglLv Av Av A=+ 气-固两相流 mggssv Av Av A=+ 液-固两相流 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn mssllv Av Av A=+ 工程中分相流速采用表观流速进行折算， 即以分相流量除以管道总截面的比值表示该相的分相速度。 物理意义是当管道内的流体全是该分相流体时所具有的流速。 气相表观流速 VgqA 固相表观流速 VsqA 液相表观流速 VlqA 各个分相流体的速度差称为相对速度 气-液相对速度 glglvvv= 气-固相对速度 gsgsvvv= 液-固相对速度 lslsvvv= 各个分相流体的速度滑移比 S 气-液两相流 glvSv= 气-固两相流 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn gsvSv= 液-固两相流 slvSv= 5. 压力降 混合物的两相流压力降Tp与气相、液相、固相分相压力降gp、lp、sp之间的关系有： A. Murdock J.W.公式；林宗虎公式 1lTggppKpp= + 式中 K=1.26（Murdock J.W.公式） 23451.48659.2654()44.6954()60.6150()5.12966()26.5743()ggggglllllpppppKppppp=+（林宗虎公式） Tp、gp、lp分别为两相、气相、液相压降，Pa; B. Chisholm D.公式 211TlpCpXX= + 式中 121()lgpxXxp= 当 X1 时，14()lgpSp= 11221()()glglppCSSpp=+ 当 X1 时，12()lgpSp= X 为质量流量含气率 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn C. Lockhart-Martinelli 公式 2()()TssppLL= 式中： ()TpL为管道单元长度上的两相流压降，Pa/m; ()spL为管道单元长度上的单相流压降，Pa/m; s为相关因子，根据辅助参数12()lgpXp=查表求取 D. Barth 公式 ()2sTgsHMSHSvLpppCDg= +=+ii 式中： sp固相压降，Pa; H空气摩擦系数； HS附加摩擦系数（固相颗粒与管壁间） ； MSC入口处固相质量百分数，%； sv空气表观速度，m/s; LD管道长度与直径比； 6. 两相流模型 描述两相流动过程的两相流模型是建立各种测量方法的两相流量模型的基础，常用的有四种模型： A均相流模型（homogoneous flow model） 考虑两相作为一个整体的均匀混合物，相间没有相对速度。适用蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 于两相间存在强耦合的场合。 微小气泡均匀混合在液体中的气泡流和两相流速高的雾状流。 B分相流模型（separated flow model） 考虑两相是完全分离的两种流体，两相间存在不同的速度和特性，适用于两相间存在微弱耦合的场合。气液两相流中的分层流和环状流。 C漂移通量模型（drift-flux model） 基本上是分相流模型，重点是研究 相间的相对运动。漂移通量与相间相对速度有关。适用于弹状流。 D基于流型的模型（model based on flow pattern） 对于各类两相流中的各种流型，建立一些半经验公式。 第二章 多相流测量方法 1.测量分类 重要分为下面几类： 1) 采用传统的单相流量仪表和多相流量测试模型组合的测量方法； A. 单相流量计与两相流量模型组合测量两相流量 a. 差压式流量计+分相流模型或均相流模型 b. 涡轮流量计+考虑相间滑移速度的 Aya 模型 c. 电磁流量计+导电相流速分布非轴对称修正模型 d. 科里奥利质量流量计+流量误差与含气率关系 B双（多）参数组合测量 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 2) 应用近代新技术； 3) 应用基于软测量技术的软测量方法。 2. 主要应用 相分率： 采用低能射线传感器测量相分率：单能射线传感器测量含气率，双能射线传感器测量相含水率； 流量： 采用文丘里流量计或文丘里流量计+互相关技术测量总流量； 根据相分率和数学模型确定油、气、水各相的流量； 压力、温度变送器 第三章第三章第三章第三章 气气气气-液旋流分离器原理与设计液旋流分离器原理与设计液旋流分离器原理与设计液旋流分离器原理与设计 1. 气-液旋流分离器主要特点 气-液分离采用重力沉降器，分离鼓或除雾丝网垫。 * 分离鼓或分离罐用于气体中高含液量时液体的分离，可以分离出直径大于 500m的大多数液滴，但不适合分离直径比较细的液滴。 * 除雾网的压力降比较低，一般为几厘米水柱，但不适合分离像两相段塞流的高含液量的场合，在分离来流气体中含固体颗粒、蜡状以及易结焦物料时会出现堵塞现象。 主要特点： 1. 气液分离比气固分离相对容易 蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 2. 不易磨损，所以可以用稠密叶片、窄的开缝等等，而且底部的排液口直径小。 3. 顶板和排气管外壁容易形成沉积物，可以用雾化喷嘴清洁。 4. 内部可以安装较薄的稠密叶片、 窄的开缝、 抗液体蠕动的裙边、隔离盘、聚结板、直径相对小的排液口、回流槽、附属管线和其他复杂的构件。 1.1 液体蠕动和液膜损失 气-液旋流分离器中， 一部分液体易在分离器上部壁面形成液膜，该液膜在二次气流驱动下沿壁面向上移动再沿顶板径向向内移动， 最后沿排气管向吓流动。如果不采用导流措施，这层液体就回形成短路流随着气体流出排气管。可以通过选择合适的顶部撇液板、抗液体蠕动裙边及入口通道来避免。 * 阻止因二次流引起液膜损失的三种主要措施： 入口通道 顶部撇液板 排气管防液体蠕动结构：抗液体蠕动裙边，结构是开有槽形或锯齿形的底边，促使液膜脱落，在来流含液量高时应安装顶部撇液板或入口通道及抗液体蠕动裙边。 2. 设计方法和原则 如果来流中液滴直径大于 10m时，选用常规的旋风分离器进行分离。大部分旋风分离器的切割粒径50d大约为 315m之间，实际上来流中携带的绝大多数液滴直径要比切割粒径大的多， 实际上工业用蓝蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网 www.openfluid.cn 蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网 www.openfluid.cn 旋风分离器可以除去大多数液体， 设计中的主要问题不在于分离器能否将液体分离出来， 而是如何合理地处理已经被离心力甩向边壁的液体相。 大部分气-液旋流分离器不采用锥体结构，而采用圆筒型结构。 分离器的容量应保证旋涡的尾部不与下部的液面接触。因此隔离板（或消涡板或稳涡板）的作用是提供一个接触面，旋涡的末端在此面上像陀螺一样不停地旋转，该板的目的不是破坏和干扰旋涡，而是避免旋涡与液面接触，可以大大降低湍流和明显削弱旋涡强度。 防涡器一般安装在液体出口管的正上方。 因为进入分离器的气液两相混合物的旋转角动量使得储液池中的液体随之旋转。 如果允许液面上旋涡的存在，则来流中一部分气体就会在底流口排出，会对下游泵产生气蚀或其他问题。这种旋涡还会产生射流阻塞效应，限制低部出口管的液体流量。 防涡器通常为十字形金属平板或环形平板组成， 位于排出管上方一倍出口管直径处。