第六章 截面含气率的确定a

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1、第六章截面含气率的确定分相流模型动量方程中，重力压降；加速压降，都包含有含气率。因此，研究两相管流的一项重要工作就是确定截面含气率，以及管输条件下气液混合物的密度。第一节均相流动模型根据均相流的假设：均相流模型只适合于高压、高质量流速的工况。有些文献提出，只要符合下列条件之一，便可考虑采用均相模型，即：液相粘度时，一般不宜用均相模型。在通常情况下，均相模型会有较大误差。第二节非均相流含气的计算方法。对于非均相流动，计算含气率的方法大致有三种。一种是把截面含气率和体积含气率相关联；另一种是按滑动比来计算。1.使体积含气率和截面含气率相关联的Armand系数。1946年，Armand在直

2、径为26mm的水平管路内，以接近大气压的空气/水为介质，以实验数据画出了如图6-1所示的和β关系图。从图看出：在=0～0.72（β约为0～0.9范围内）有：（在β>0.9时，Ml愈大，ф愈接近于β值。）110（6-1）CA-Armand系数，0.83,适用范围β<0.9。式（6-1）不满足β=1，=1的条件。在图6-1中，在Ml较小和β较小时，高于直线。这是因为气速较小，气泡上升至水平管顶部，使值增大之故。之后，Armand又把类似的关系式用于立管。60年，Massena对Armand系数进行了修正，并适用于β>0.9的情况。该式满足x=1,β=1时，=1时。上列经验关系式中，没有考

3、虑压力对经验关系CA的影响，故又出现了下述关系：Armand系数CA是压力的函数，并按液气密度比从图6-2中查得。图6-1110图6-2Armand系数把截面含气率和体积含气率相关连，以后有不少研究是围绕如何求Armand系数的。2．滑动比和含气率按定义，求得滑动比就可求得含气率，所以不少人对滑动比的求法进行了研究。第三节简化一维模型这是一种已知体积流量Ql和Qg(即：β)求含气率的方法，其假设条件是：⑴忽略流通管壁处的剪压力；⑵流通截面上的气液相速度，相对速度和含气率保持不变。这种模型于69年由Wallis提出。1、截面含气率与飘移流率的关系气液混合物沿管流动时，其均相流速为：通常

4、，假设管道中气液混合物以速度w向前运动，则气液相对w的相对速度定义为该相的漂移速度（Driftvelocity）。气相漂移速度设速度是Ag面积上相对于w的速度(1)110液相飘移速度(2)定义飘移流量,在管截面上的平均值为漂移流率，则:气相漂移流率：(3)液相漂移流率：(4)⑴代入⑶⑸(6-3)⑵代入⑷由上两式看出，与JgD、JlD之间成线形关系。同时所以(由连续性方程)上式说明：管内部分流体（气体）比混合物速度大，另一部分流体（液体）比混合物平均速度小，通过混合物速度平面的净漂移流率为0，这也是连续性方程在上述情况下的体现。由式⑸可求得与β的关系(7)混合物密度可表示为：=1102

5、.由漂移流率求的方法由式(5)或式(7)求时，有两个未知量和，故尚需补充一个JgD和的关系式才能求得。设：值从很小到接近于1的范围内，均处于泡状流动。很小时近似于浮泡在无限大液体容积内的运动，混合物的速度W=(式1);(式2).时，液态为“均质”泡状流，（类似于啤酒沫）(式1)根据上述边界条件，Wallis提出下列和的函数表达式。(8)(6-4)式中：n取决于气泡的雷诺数Reb，其值一般在0～2范围内。Reb=db---气泡直径。在各Reb范围内，和n的表达式和数值见表6-1，表中Gal为液体伽利略数。由(5)和(8)式联立可求得含气率值。范围n21.751101.5-20也可用图解

6、法求式(5)和式(8)的解。从式(8)可知：=0和=1时，JgD=0.故式(8)的图形如图6-3所示，在=0～1区间内必然有一个最大值。（6-3）由式(5)，→0时，=1时，图6-3应用一维分析方法时垂直流动的空泡份额的解a)垂直同向上升流b)垂直同向下降流c)逆流（气体向上流，液体向下流）d)逆流（气体向下流，液体向上流）图6-3分四种情况，说明式(5)、(8)之解。1)垂直同向上升流，wsg和wsl均为正值。有唯一的正解。1101)垂直同向下降流，wsg和wsl均为负值，也有唯一的解。但在相同的wsg、wsl下，值较第一种情况大。从物理意义上说，液体在重力作用下流的较快，液膜含气

7、率增加。2)逆流（气体向上流，液体向下流）。视wsg,wsl的大小，视wsl的大小，可能有一个解，二个解或无解三种情况。液相速度高时，无解，说明气体被液体带着向下流动。3)逆流（气体向下流，液体向上流），无解。石油工业中可能无此情况。简化的一维模型可用于泡状流和弥散流。但联解式（5）或（7）和（6-4）时需迭代且不易估算气泡直径。第四节变密度模型1959年，Bankoff等人首先提出，在泡状流动的管截面上，其含气率和相速度的分布是不均匀的，即：管截面上流体